Компенсация реактивной мощности в электрической сети с несимметричными нагрузками

Для КРМ при несимметрии напряжений более 2% используют симметрирующие или фильтрокомпенсирующие устройства.

При подключении СУ должно обеспечиваться допустимое значение коэффициента несимметрии напряжений (коэффициента обратной последовательности − , где − напряжение обратной последовательности):

,

где − размах изменения напряжения;

; ; , , , , , − суммарные активные и реактивные мощности нагрузок, в т.ч. соответствующих несимметричных).

Входной коэффициент РМ узла СУ несимметричной нагрузки составляет

,

где − реактивные мощности несимметричных нагрузок; − активные мощности несимметричных нагрузок.

В зависимости от заданного значения РМ в узле сети , допустимых отклонений напряжения прямой последовательности и коэффициента несимметрии напряжений определяют РМ СУ:

где ; ; ; ; − модули мощностей нагрузок.

Положительное значение соответствует индуктивной мощности элемента СУ, а отрицательное − ёмкостной.

При наличии в сети источников гармоник для схемы СУ (см. табл. 1) следует проверить, не возникают ли при выбранных параметрах резонансы токов на каких-либо частотах, а также БК на перегрузку токами гармоник (при недопустимой перегрузке последовательно подключают реактор или устанавливают фильтросимметрирующее устройство − ФСУ).

Таблица 1. Формулы для определения резонансных гармоник

Схема СУ	Порядковый номер резонансной гармоники

Определение параметров ФСУ. При расчёте РМ трёхплечевого ФСУ используют значения РМ, полученные при условии симметрирования, с последующей проверкой БК фильтрованных цепей на перегрузку токами гармоник

,

где − действующее значение гармоник тока, протекающего по i-му плечу ФСУ.

Если условие не выполняется, то ФСУ настраивают на частоту

,

где − минимальный порядковый номер гармоники тока; − РМ СУ.

Относительная мощность батареи в i-м плече ФСУ равна:

.

При использовании двухплечевых ФСУ действующее значение тока, протекающего по фильтровому звену, определяют из выражения

,

где − ток , д-й гармоники; − доля тока, протекающего через плечи фильтра.

Гармоники напряжения в составе линейных напряжений сети после установки ФСУ, настроенного на частоту , отнесённые к соответствующим гармоникам напряжений до установки ФСУ, определяют по формулам:

где − математическая величина; − номер гармоники, на частоту которой настроено фильтровое плечо; − относительная частота тока -й гармоники, протекающей через устройство.

На предприятиях с нелинейными нагрузками допускается применение в качестве источников реактивной мощности батарей конденсаторов, если выполняются следующие условия:

для вентильных преобразователей ; для других нелинейных нагрузок , где - мощность короткого замыкания; - суммарная мощность нелинейной нагрузки.

При выполнении этих условий вопрос о компенсации реактивной мощности в узле сети с нелинейной нагрузкой должен решаться согласно положениям разд. 2.8–2.10.

Для оценки влияния нелинейных нагрузок на сеть предприятия необходимо определить коэффициент несинусоидальности

где - действующее значение напряжения -й гармоники; п - порядковый номер последней из учитываемых гармоник.

Значение напряжения можно определить по выражению [11]

где - действующее значение тока -й гармоники; - порядковый номер гармоники; - напряжение нелинейной нагрузки (если расчетная точка совпадает с точкой присоединения нелинейной нагрузки, то ); - мощность короткого замыкания в расчетной точке.

Действующее значение зависит от вида нелинейной нагрузки и от электрических параметров сети.'

Дуговые сталеплавильные печи. Для ДСП достаточно учитывать только 2-7-ю гармоники. Токи гармоник (кроме тока 2-й, который принимается равным току 3-й) определяются по следующим формулам [11, 13]:

- для одной ДСП

- для группы одинаковых ДСП

- для группы печей разной мощности

где - номинальный ток печного трансформатора; - мощность i-го печного трансформатора; - наибольшая мощность печного трансформатора в группе ДСП; - ток гармоники печного трансформатора наибольшей мощности; N - число печей, одновременно работающих в режиме расплавления; п - общее число работающих печей.

Установки дуговой и контактной электросварки переменного тока. Они генерируют 3, 5 и 7-ю гармоники. Токи этих гармоник можно определить по следующему выражению:

где - паспортная мощность сварочной установки; kзс, - средние статистические коэффициент загрузки и фактическая продолжительность включения сварочных установок (определяются по данным [3]).

Установки дуговой сварки постоянного тока генерируют 5, 7 и 11-ю гармоники. Токи этих гармоник можно найти по формуле

Для группы сварочных установок при независимом режиме работы

Вентильные преобразователи. В зависимости от схемы выпрямления единичного преобразователя рекомендуется учитывать следующие гармоники тока:

при шестифазной - 5, 7, 11 и 13-ю;

при двенадцатифазной - 11, 13, 23 и 25-ю;

при двадцатичетырехфазной - 23, 25, 47 и 49-ю.

Токи этих гармоник можно определить по выражению

где - потребляемая из сети мощность преобразователя (при одновременной работе группы преобразователей под подразумевается их суммарная мощность).

При коэффициенте несинусоидальности менее 5 % рекомендуется применять в качестве устройств компенсации реактивной мощности батареи конденсаторов в комплекте с защитным реактором или фильтры. Мощность батареи находится из условий баланса реактивной мощности (см. 2.11). Применяя батареи конденсаторов с последовательно включенным защитным реактором, необходимо обеспечить индуктивный характер цепи на частоте, наименьшей из генерируемых суммарной нелинейной нагрузкой гармоник. Индуктивное сопротивление (Ом) защитного реактора на частоте 50 Гц определяется из условия

где - наименьший порядковый номер гармоники; - номинальное напряжение сети, в которой устанавливаются конденсаторы.

При коэффициенте несинусоидальности 5 % и более рекомендуется применять силовые фильтры высших гармоник. Суммарная реактивная мощность, генерируемая фильтрами, должна выбираться из условий баланса реактивной мощности. Если в сети устанавливается несколько фильтров на разные гармоники, то выражение для мощности батареи конденсаторов фильтра -й гармоники имеет вид [13]

Й

где f - номинальное линейное напряжение батареи конденсаторов фильтра; - линейный ток -й гармоники в цепи фильтра; - допустимый коэффициент превышения тока конденсаторов ( =l,3); - коэффициенты.

где - наибольшее возможное в эксплуатации значение линейного напряжения на шинах подстанции; - коэффициент схемы ( = при присоединении конденсаторов в треугольник и =3 при присоединении в звезду); - номер расчетной гармоники.

В связи с большим разбросом параметров конденсаторов и отсутствием необходимости снижать до нуля можно наряду с настроенными фильтрами применять ненастроенные. Применение последних позволяет для многих схем электроснабжения обойтись одним фильтром. Мощность батареи конденсаторов фильтра определяется из условия отсутствия перегрузки по току

где - действующее значение гармоник тока, протекающих через фильтр.

где - ток -й гармоники; - доля тока -й гармоники, протекающего через фильтр -й гармоники.

где

Здесь - дефицит реактивной мощности в сети; - минимальная допустимая мощность батарей фильтра, выбранная для его настройки на частоту