Обработка результатов измерений

Исследуемая система и режим работы	Параметр системы	Результаты испытаний
		UА	UВ	UС	U0	IА	IВ	IС	I0	I3
	С, мкФ	В	В	В	В	А	А	А	А	А

Рекомендуемая литература

1. Федоров, А.А., Каменева, В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий. — М.: Энергоатомиздат, 1984. — 472 с.

2. Мукосеев, Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий. — М.:Энергия, 1973. — 584 с.

3. Рожкова, Л.Д., Козулин, B.C. Электрооборудование станций и подстанций. — М.: Энергия, 1980. — 455 с.

4. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Промышленные электрические сети. / под ред. А.А.Федорова и Г.В.Сербиновского. — М.:Энергия, 1980. — 576 с.

Контрольные вопросы

1. Классификация электрических сетей по способу заземления нейтрали.

2. Какие требования учитываются при выборе способа заземления нейтрали?

3. С какой целью выполняется заземление нейтрали?

4. На какие технико-экономические параметры и характеристики сетей влияет режим работы нейтрали?

5. Дать определение изолированной и глухозаземленной нейтрали.

6. Дать определение эффективно заземленной нейтрали.

7. Рассмотреть нормальный режим работы системы с изолированной нейтралью. Построить векторные диаграммы токов и напряжений.

8. Рассмотреть на схеме замещения и векторных диаграммах токов и напряжений режим однофазного к.з. в системе с изолированной нейтралью.

9. Когда применяется компенсация емкостных токов в системе с изолированной нейтралью?

10. Каким будет результирующий ток к.з. в системе с компенсацией емкостных токов при резонансной настройке дугогасящей катушки? Почему практически добиться этого сложно?

11. Рассмотреть однофазное к.з. в системе с глухозаземленной нейтралью.

12. Способы уменьшения токов однофазного к.з. в системе с глухозаземленной нейтралью.

13. Режимы работы нейтрали в сетях до 1000 В.

14. Преимущества и недостатки систем с глухозаземленной и изолированной нейтралью.

15. Как отличается ток к.з. при различных режимах нейтрали?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

Определение коэффициента мощности и емкости конденсаторов компенсирующих устройств

Цель работы: уяснить сущность явления фазного сдвига между током и напряжением и причины, вызывающие этот сдвиг, влияние несовпадения по фазе тока и напряжения на режимы работы систем электроснабжения. Изучить способы повышения коэффициента мощности и метод расчета компенсирующих устройств.

Краткие теоретические сведения

Электроустановки в системах электроснабжения содержат инерционные элементы (L, C) - это в основном трансформаторы и двигатели, содержащие индуктивные катушки. В течение первой четверти периода, когда мгновенное значение тока повышается, увеличивается и энергия магнитного поля, она отбирается от сети и запасается в поле катушки. Во вторую четверть периода, когда мгновенное значение тока уменьшается, запасенная энергия отдается в сеть. Среднее значение этой мощности за половину периода (или за период) равно нулю, т.е. на создание реактивной мощности расходуется активная мощность в первичных двигателях, но в системах электроснабжения эта мощность циркулирует между генераторами и потребителями, создавая дополнительную нагрузку на все элементы сети.

Инерционность элементов (L, C) создает сдвиг фаз между током и напряжением на угол  и мерой этого параметра принят cosφ. Причем индуктивность сдвигает фазы в сторону отставания тока от напряжения, а емкость, наоборот - на опережение тока по отношению к напряжению (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Сдвиг фаз между током и напряжением

Еще нагляднее это можно представить, если действующие значения тока и напряжения представить в виде не изменяющихся по величине векторов, вращающихся против часовой стрелки. На рис. 5.2 видно отставание тока от напряжения при индуктивном влиянии (I_L) и опережение тока при емкостном влиянии (I_C).

Рис. 5.2. Векторная диаграмма токов и напряжений

Практически, в электроустановках преимущественно преобладают катушечные элементы (трансформаторы, двигатели и т.д.), поэтому в системах электроснабжения всегда имеет место отстающий по фазе ток, а чтобы угол сдвига был меньше (т.е. чтобы уменьшить циркуляцию реактивной мощности в системе) в различных точках системы включают компенсирующие устройства (КУ). Генераторами реактивной мощности считаются элементы, повышающие cos, ими могут быть конденсаторные батареи, синхронные двигатели и статические источники (СИРМ).

Рост электрических нагрузок идет с преобладанием индуктивных элементов, это рост количества и мощности двигателей, силовых и специальных трансформаторов, индукционных печей, сварочных аппаратов и многое другое. Поэтому к повышению cos в настоящее время предъявляются жесткие требования, потребители электроэнергии должны поддерживать его в пределах 0,92...0,95 [4].

Место установки определяется технико-экономическими расчетами. Технически, наибольший эффект получается, когда КУ установлены непосредственно у приемников электроэнергии, т.к. при этом разгружается от реактивной мощности вся система, начиная от приемников до источников. Экономически такой подход далеко не всегда бывает целесообразным, поэтому КУ могут быть установлены на РП, ТП, а частично и у приемников.

Главной причиной низкого коэффициента мощности являются недогруженные режимы работы катушечных аппаратов и машин (трансформаторы, двигатели). У них низкий паспортный cos (ниже требуемых 0,92...0,95) и при недогрузках он значительно падает. Поэтому правильный подбор двигателей к рабочим машинам, ограничение их работы на холостом ходу, полная загрузка трансформаторов и отключение некоторых трансформаторов с переключением общей нагрузки на недогруженные трансформаторы - это естественные методы повышения cos.

Проектирование и установка компенсирующих устройств (конденсаторов, статических источников реактивной мощности) - это искусственные методы повышения cos.

Необходимая мощность компенсирующего устройства определяется:

МВ·Ар,

где P - активная мощность, определяемая как отношение

P= W_а/T,

где W_а - активная энергия, использованная за время T;

tg₁ - тангенс угла, соответствующего средневзвешенному cos;

tg₂ - тангенс угла, соответствующего нормативному cos.

Емкость компенсирующего устройства:

мкФ,

где U - напряжение включения конденсаторов.

В сетях трехфазного тока конденсаторы включаются звездой или треугольником. При соединении конденсаторов звездой мощность батареи:

.

При соединении конденсаторов треугольником мощность батареи:

.

Таким образом, при соединении конденсаторов треугольником мощность батареи оказывается в 3 раза больше. При напряжении до 1 кВ конденсаторы обычно включают треугольником. В энергосистемах БК на напряжение 6 кВ и выше соединение выполняется только по схеме звезды с изолированной или глухозаземленной нейтралью в зависимости от режима нейтрали сети, в которой устанавливаются БК.

Если распределительная сеть выполнена только кабельными линиями, ККУ любой мощности рекомендуется присоединять непосредственно к шинам цеховой ТП. При питании от одного трансформатора двух и более магистральных шинопроводов к каждому из них присоединяется только по одной нерегулируемой БК (НБК). Общую расчетную мощность батарей Q_НК распределяют между шинопроводами пропорционально их суммарной нагрузке.

На одиночном магистральном шинопроводе предусматривают установку не более двух близких по мощности ККУ суммарной мощностью:

.

Если основные реактивные нагрузки шинопровода присоединены ко второй его половине, устанавливают только одну НБК. Точку ее подключения определяют из условия:

,

где Q_h, Q_h+1 – наибольшие реактивные нагрузки шинопровода перед узлом h и после него соответственно (рис. 5.3, а).

При присоединении к шинопроводу двух НБК точки их подключения находятся их следующих условий (рис. 5.3, б):

точка подключения дальней НБК:

;

точка подключения ближней к трансформатору НБК:

.

Рис. 5.3. Схема подключения НБК к магистральным