Параллельное включение конденсаторов

Нагрузка сети определяется мощностью, одновременно потребляемой присоединенными к ней электроприемниками и теряемой в элементах сети. Активная мощность вырабатывается только генераторами электростанций, что является наиболее экономичным. В связи с этим оказывается невозможным изменять активную мощность в сети только ради изменения потерь напряжения в ней.

В то же время реактивная мощность может вырабатываться не только генераторами электростанций, но и специаль­ными генераторами реактивной мощности, называемыми компенсирующими устройствами (КУ). К числу их относятся синхронные компенсаторы (СК) и батареи конденсаторов (БК), включаемые в сетях параллельно потребителям и находящихся вблизи последних, а также синхронные двигатели (СД,), работающие в режиме перевозбуждения.

При параллельном включении конденсаторов в линию (рис. 8.2, а) суммарный поток реактивной мощности определяется как разность Q_h – Q_КУ. Вектор тока через конденсатор опережает вектор напряжения в узле 2 на угол (рис. 8.2, б). Протекая через линию этот ток создает на активном и индуктивном ее сопротивлениях соответственно падения напряжения и .

Рис.8.2. Параллельное включение конденсаторов в линию:

а - принципиальная схема;

б - векторная диаграмма

В соответствии с векторной диаграммой потеря напря­жения в линии (без учета поперечной составляющей падения напряжения) определяется отрезком ad' (вместо отрезка ad в линии без конденсаторов) и может быть вычислена по форму­ле (8.2).

Регулированием уровня вырабатываемой КУ реактив­ной мощности можно изменять потери напряжения на рас­сматриваемом участке сети. Это следует из формулы для оп­ределения потери напряжения на участках сети с сопротивле­ниями R_л, и X_л (рис. 3) при мощности нагрузки Ś_h⁼P_h + jQ_н (для упрощения потери мощности в данном примере не учитываются):

∆U = (8.2)

где Q_ку - мощность КУ.

Для определения Q_к,y используется соотношение

Q_к,y = U_к,у I_к,у, (8.3)

где U_к,у, I_к,у - соответственно напряжение и ток компенсирующего устройства.

 

Рис. 8.3. Схема замещения сети при использовании компенсирующих устройств для регулирования напряжения

 

Изменением Q_к,у можно изменить потери напряжения. Эффект регулирования получается тем большим, чем больше реактивное сопротивление продольной ветви схемы замещения сети и генерируемое БК реактивная мощность.

Относительное повышение напряжения в конце линии при наличии БК мощностью Q_к, вар, приближенно равно в процентах номинального напряжения. Отсюда может быть определена удельная мощность батарей конденсаторов

Q_к,о, необходимая для повышения напряжения в конце линии на 1%:

. (8.4)

Из (8.4) видно, что удельная мощность батареи конденса­торов, необходимая для повышения напряжения в конце линии на 1% зависит от ее номинального напряжения и индуктивного сопротивления Х_л. Очевидно, что при малых значениях индук­тивного сопротивления сети и при более высоком ее номинальном напряжении мощность БК, требуемая для повышения напряжения на 1%, значительно увеличивается.

Порядок выполнения работы

1. Получить у преподавателя параметры исследуемой модели ЛЭП (r_л, r'_л, L_л, C₁, C₂, C₃, R_H; r'_H; L_H, U₂), приведенной на рис. 8.4.

 

Рис. 8.4. Схема примерной модели исследуемой линии с последовательным включением конденсаторов

2. Рассчитать ожидаемые значения потерь напряжения |U₁|-|U₂| при фиксированном напряжении в узле 2 для всех значений емкостей C₁, C₂, C₃, указанных в п.1.

3. Получить у преподавателя параметры исследуемой модели ЛЭП (r_л, r'_л, L_л, C1, C₂, C₃, R_H; r'_H; L_H, U₂), приведенной на рис. 8.5.

 

 

Рис. 8.5. Схема примерной модели исследуемой линии с параллельным включением конденсаторов

 

4. Рассчитать ожидаемые значения |U₁|-|U₂| при фиксированном напряжении в узле 2 для всех значений емкостей C₁, C₂, C₃, указанных в п.З.

5. Начертить монтажные схемы исследований согласно схемам примерных моделей (рис.8.4, 8.5) и предъявить их преподавателю.

6. Собрать схему исследований с последовательным включением конденсаторов.

7. Предъявить собранную схему исследований препода­вателю.

8. Произвести измерения и результаты занести в табл.8.1

 

Таблица 8.1

Регулирование напряжения последовательным включением конденсаторов.

Емкость конденсатора С1 =...мкФ
Измеряемая величина	U2	I1	U3	Qc	U1	U1 – U2
Единица измерения	B	A	B	вар	B	B
Данные расчета
Данные эксперимента
Погрешность, %
Емкость конденсатора С2 =...мкФ
Измеряемая величина	U2	I1	U3	Qc	U1	U1 – U2

9. Оценить погрешность расчета, приняв за достоверные результаты, полученные экспериментально. Для оценки погрешности использовать формулу

П_%=[(В_Р-В_Э)/В_Э] 100%,

где: П% - погрешность расчета, %;

В_р - расчетное значение контролируемой величины;

В_э - экспериментальное значение контролируемой ве­личины.

10. Собрать схему исследований с параллельным включением конденсаторов.

11. Предъявить собранную схему преподавателю.

12. Произвести измерения и результаты занести в табл.8.2.

 

Таблица 8.2

Регулирование напряжения параллельным включением конденсаторов

Емкость конденсатора С1 =...мкФ
Измеряемая величина	U2	I2	I1	Qc	U1	U1 – U2
Единица измерения	B	A	A	вар	B	B
Данные расчета
Данные эксперимента
Погрешность, %
Емкость конденсатора С2 =...мкФ
Измеряемая величина	U2	I2	I1	Qc	U1	U1 – U2

 

13. Оценить погрешность расчета по методике, изло­женной в п. 9

 

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

1. Схемы примерной модели исследуемой линии с последовательным и параллельным включением конденсаторов (по типу рис. 8.1, 8.2).

2. Расчеты, обусловленные заданием с построением векторных диаграмм.

3. Таблицы с результатами экспериментальных исследований.

В заключение отчета необходимо сделать письменные выводы по выполненным исследованиям в виде ответов на следующие вопросы:

1. Чем объясняется уменьшение потери напряжения в линии при последовательном включении конденсаторов?

2. Чем объясняется уменьшение потери напряжения в линии при параллельном включении конденсаторов?

3. При каком виде компенсации (продольная или попе­речная) один и тот же эффект по уменьшению потери напря­жения в линии требует меньшей мощности конденсаторов?

4. Какими преимуществами и недостатками обладают продольная и поперечная компенсации?

5. Как влияет коэффициент мощности нагрузки на эффективность продольной и поперечной компенсаций?

 

Вопросы для домашней подготовки

1. Как влияет на полное сопротивление линии, содер­жащей индуктивность, последовательное включение конденсаторов?

2. При каком соотношении индуктивного сопротивления линии и емкостного сопротивления последовательно включенных конденсаторов отсутствует реактивная слагающая ∆U_p падения напряжения?

3. Почему применение продольной емкостной компенсации потери напряжения неэффективно при питании нагрузок с высоким коэффициентом мощности?

4. Что такое встречное регулирование напряжения?

5. В каком режиме возбуждения синхронный электро­двигатель является генератором реактивной мощности?

6. Как осуществляется продольное, поперечное и продольно-поперечное регулирование напряжения?

 

7. В чем состоит регулирование напряжения изменением сопротивления сети, и какие при этом применяют устройства?

8. Какие устройства применяют для регулирования на­пряжения изменением потоков реактивной мощности сети, и каковы соответствующие векторные диаграммы напряжений и токов?

9. Каковы методы и средства регулирования напряжения и области их применения?

10. Как рассчитать номинальную мощность конденсатора Q_k,_hom по известным его номинальным напряжению U_k,_hom и току I_К,НОМ?

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

 

Методические указания