УСТРОЙСТВО КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам компенсации реактивной мощности электросетей промышленных предприятий.
Особенностью систем электроснабжения промышленных предприятий является наличие потребителей реактивной мощности: трансформаторов, асинхронных двигателей, сварочных аппаратов, преобразовательных агрегатов, люминисцентного освещения.
При передаче электроэнергии от места ее выработки к месту потребления одновременно с активной энергией (полезно используемой на месте потребления) передается сопутствующая ей реактивная энергия, необходимая для обеспечения использующих ее потребителей, что приводит к дополнительным потерям активной мощности и энергии в сети, перерасходу металла (для увеличения сечения проводников всех звеньев электропередачи), неполному использованию мощности трансформаторов, увеличенным потерям напряжения в линии.
Известны устройства, в которых для компенсации реактивной мощности используются секционированные комплектные статические косинусные конденсаторные установки, снабженные системами автоматического регулирования, реагирующими на отклонение напряжения сети или на ток нагрузки [1-3].
Известные системы представляют собой распределительную сборку, состоящую из шин 3-х фазного напряжения 380 В, 50 Гц переменного тока, к которым через предохранители и магнитные пускатели подключены статические косинусные конденсаторные батареи, образующие конденсаторную установку, а также контрольный технический пункт, включающий электрические счетчики активной и реактивной энергии и счетчик генерации реактивной энергии в сеть энергосистемы, соединенные с трансформаторами тока, установленными на вводе электроэнергии от предприятия, вырабатывающего электроэнергию, к промышленному предприятию - потребителю электроэнергии.
Недостатком известных систем с автоматическим регулятором реактивной мощности является невысокая точность компенсации, не обеспечивающая эффективной экономии энергоресурсов, а также их невысокая надежность, приводящая к значительным ремонтным издержкам.
Наиболее близким к заявленному устройству аналогом, принятым в качестве прототипа предлагаемой полезной модели, является устройство компенсации реактивной мощности промышленного предприятия [2].
Устройство по прототипу содержит конденсаторную установку с системой трехфазных шин низкого напряжения, подключенных через последовательно соединенные трехполюсный рубильник и входные предохранители к трехфазным шинам распределительного устройства низкого напряжения трансформаторной подстанции. Конденсаторная установка состоит из отдельных секций (конденсаторных батарей) в трехфазном исполнении по количеству ступеней регулировки реактивной мощности, подключенных к системе трехфазных шин низкого напряжения конденсаторной установки.
Недостатком системы по прототипу является отсутствие регулировки компенсации реактивной мощности отдельными конденсаторными батареями конденсаторной устоновки, что приводит к недокомпенсации или перекомпенсации реактивной мощности и дополнительным потерям электроэнергии.
Задачей полезной модели является обеспечение полной и точной компесации реактивной мощности.
Для достижения заявленного технического результата компенсация реактивной мощности электроустановок промышленного предприятия осуществляется путем управления отдельными конденсаторными батареями дистанционно с пульта оператора, в зависимости от величины потребляемой реактивной энергии и величины генерации реактивной электроэнергии в сеть энергосистемы, определяемых по соответствующим счетчикам.
Сущность полезной модели заключается в том, что в устройство компенсации реактивной мощности, содержащее секционированную по количеству ступеней регулировки мощности конденсаторную установку с трехфазной системой шин, которые через трехполюсный рубильник и входные предохранители подключены к соответствующим шинам распределительного устройства трехфазной сети переменного тока низкого напряжения, дополнительно введены группа магнитных пускателей по количеству секций конденсаторной установки и пульт дистанционного управления с группой выключателей по количеству магнитных пускателей, при этом входы выключателей подключены к одной из шин конденсаторной установки, а выходы соответствущих выключателей соединены с первыми выводами обмоток соответствующих магнитных пускателей, вторые выводы которых подключены к нулевой шине конденсаторной установки, каждая секция конденсаторной установки выполнена в трехфазном исполнении, а в зарядные цепи, соединяющие ее клеммы с соответствующими шинами конденсаторной установки, последовательно включены контакты соответствующего магнитного пускателя и предохранители соответствующей секции конденсаторной установки.
Кроме этого, устройство содержит счетчик рективной энергии и счетчик генерации реактивной энергии в сеть, соединенные с трансформаторами тока, которые подключены к шинам распределительного устройства трехфазной сети переменного тока высокого напряжения, которое связано с распределительным устройством трехфазной сети переменного тока низкого напряжения через силовой трансформатор напряжения.
Сущность полезной модели поясняется чертежом структурной схемы устройства компенсации на котором обозначены:
1 - распределительное устройство трехфазной сети переменного тока низкого напряжения (РУНН);
2 - входные предохранители,
3 - трехполюсный рубильник,
4 - трехфазная система шин (А, В, С, N) конденсаторной установки;
5 - предохранители конденсаторной установки,
6 - обмотки электромагнитных пускателей,
7 - контакты магнитных пускателей,
8 - секции конденсаторной установки,
9 - выключатели,
10 - пульт дистанционного управления,
11 - счетчик реактивной энергии,
12 - счетчик генерации реактивной энергии в сеть,
13 - контрольный технический пункт,
14 - трансформаторы тока,
15 - распределительное устройство трехфазной сети переменного тока высокого напряжения (РУВН);
16 - силовой трансформатор напряжения.
Фазы А, В, С трехфазной системы шин 4 конденсаторной установки через трехполюсный рубильник 3 и входные предохранители 2 соединены с соответствующими шинами (фазами) распределительного устройства 1 трехфазной сети переменного тока низкого напряжения. Нулевая шина N системы шин 4 заземлена.
Конденсаторная установка состоит из отдельных секций 8 (статических конденсаторных батарей) по количеству ступененей регулировки мощности. Каждая из секций 8 выполнена в трехфазном исполнении и содержит замкнутую цепь из трех последовательно соединенных конденсаторов. Первые обкладки конденсаторов, соединенные с внешними клеммами секции 8, соединены соответственно с фазами А, В, С шин 4 конденсаторной установки посредством
соответствующих зарядных цепей, в которые последовательно включены контакт 7 соответствующего магнитного пускателя и предохранитель 5.
РУНН 1 связано через понижающий силовой трансформатор 16 напряжения с распределительным устройством 15 трехфазной сети переменного тока высокого напряжения, через которое осуществляется ввод электроэнергии с высоковольтной линии электропередачи энергоснабжающего предприятии, например, ТЭЦ.
Контрольный технический пункт 16, расположенный, как правило, вблизи от РУВН 15, удален на значительное расстояние от потребителей электроэнергии.
На контрольном техническом пункте 16 установлены счетчик 11 реактивной энергии и счетчик 12 генерации реактивной энергии в сеть, соединенные с выходами трансформаторов 14 тока, которые подключены к соответствующим шинам РУВН 15, а также пульт 10 дистанционного управления, оснащенный выключателями 9 по количеству магнитных пускателей (и секций конденсаторной установки).
Входы всех выключателей 9 подключены к одной из шин (фаза С) конденсаторной установки, а выходы соответствующих выключателей 9 соединены с первыми выводами обмоток 6 соответствующих магнитных пускателей, вторые выводы которых подключены к нулевой шине (N) системы шин 4 конденсаторной батареи.
Устройство работает следующим образом.
Напряжение 6 кВ с шин РУВН 15, подключенных к высоковольтной линии электропередачи, понижается силовым трансформатором 16 до 0,4 кВ и подается на шины РУНН 1.
К шинам 4 конденсаторной установки, напряжение на которые подается с шин РУНН 1 при включении трехполюсного рубильника 3, подключены потребители электроэнергии. Входные предохранители 2 обеспечивают защиту шин 4 от сбоев напряжения.
Конденсаторную установку устанавливают в напосредственной близости от потребителя реактивной мощности, что позволяет исключить потери при передаче электроэнергии.
Дежурный оператор, находящийся на контрольном техническом пункте 13, осуществляет контроль за потреблением реактивной энергии по скорости вращения диска счетчика 11 реактивной энергии.
При необходимости компенсации реактивной энергии оператор, пользуясь выключателями 9, дистанционно управляет последовательным подключением к шинам 4 секций 8 конденсаторной установки. При включении соответствующего выключателя 9 запитывается обмотка 6 соответствующего магнитного пускателя, который срабатывает, замыкая контакты 7 в зарядных цепях соответствующей секции 8 конденсаторной установки, и она подключается к шинам 4. Предохранители 5 обеспечивают защиту конденсаторных батарей от повреждения.
За счет подключения конденсаторных батарей 8 снижается потребление реактивной энергии. Вращение диска счетчика 11 реактивной энергии 11 замедляется. Оператор прекращает подключение конденсаторных батарей 8 при начале вращения диска счетчика 12 генерации реактивной энергии в сеть. Счетчик 12 измеряет величину генерации реактивной энергии в сеть энергосистемы, и начало вращения его диска свидетельствует о перекомпенсации реактивной мощности.
Контроль за потреблением реактивной энергии по двум счетчикам 11 и 12 позволяет выбрать оптимальное число подключенных секций 8 конденсаторной установки и добиться максимальной экономии затрат на оплату электроэнергии.
Потребление реактивной энергии без компенсации может достигать 50% от активной энергии, при известном способе компенсации - до 25%, а при компенсации предлагаемым способом потребление реактивной энергии составляет менее 5% от потребления активной энергии.
Таким образом, введение посекционного управления конденсаторной установкой в сочетании с дистанционным управлением включения по
показаниям счетчика реактивной энеггии и счетчика генерации рективной энергии позволяет снизить как прямые затраты на оплату электроэнергии, так и косвенные: снижаются потери активной энергии, расходуемой при передаче реактивной энергии от места выработки к месту потребления, снижается расход цветного металла при уменьшении сечения проводов всех звеньев электропередачи по условиям нагрева из-за уменьшения общих потерь, увеличивается коэффициент мощности трансформаторов и, следовательно, увеличивается пропускаемая через трансформатор активная мощность, уменьшается удельный расход топлива на генерацию электроэнергии, уменьшаются потери напряжения в линиях электропередач.
Промышленная применимость полезной модели определяется тем, что предлагаемое устройство может быть изготовлено согласно приведенному описанию и чертежу из обычных электротехнических изделий, используемых в энергетике для электроснабжения промышленных объектов.
Список литературы
1. Г.П.Минин. "Реактивная мощность". - Москва: «Энергия». - 1978 г.
2. Б.А.Князевский, Б.Ю.Липкин. Электроснабжение промышленных предприятий. - Москва: «Высшая школа». - 1986 г.
3. Е.А.Конюхова. Электроснабжение объектов. - Москва: Издательский центр "Академия". - 2004 г
4. П.П.Ястребов, И.П.Смирнов. "Электрооборудование и электротехнология". - Москва: «Высшая школа». - 1987 г. - С.164, рис.3.10, прототип.