Спосіб регулювання компенсації реактивної потужності в електричній мережі змінної напруги

Спосіб регулювання компенсації реактивної потужності в електричній мережі змінної напруги, що базується на створенні за допомогою багатоступінчастої системи конденсаторів основних випереджаючих компенсуючих реактивних струмів і компенсації відстаючих реактивних струмів, який відрізняє ться тим, що за допомогою допоміжної багатоступінчастої системи конденсаторів створюють додаткові випереджаючі компенсуючі реактивні струми, величина яких менша за величину основного випереджаючого струму, і при монотонному зміненні відстаючого реактивного струму C2 2 78377 1 3 78377 4 нуля до якогось найбільшого значення, скажімо, пеня - в наведених прикладах це 100кВАр. Пояс1500кВАр, необхідно в нашому прикладі 15 ступенюється це тим, що тариф за перекомпенсацію РП нів по 100кВАр на кожному ступені. При користу- тобто за генерацію РП в електричну мережу - є ванні ж двоїчним кодом для цього необхідно 4 стувтричі більшим за тариф споживання РП з мережі. пеня з потужністю 100:200:400:800кВАр на Це правило запроваджено Національною комісією ступенях №№1...4. з регулювання електроенергетики з 2001 року. Регулювання компенсації РП з використанням Недоліком способу регулювання компенсації коду 1:1:1... здійснюється таким чином. З появою в за кодом 1:2:4... є велика кількість комутацій (1 точці електричної мережі, де здійснюється компекомутація=1 ввімкнення+1 вимкнення) ступенів нсація, реактивної потужності, величина якої бликонденсаторів. Найбільшу кількість комутацій має зька до потужності ступеня конденсаторів, вмикаступінь №1, вдвічі меншу кількість комутацій має ють, тобто підключають до електричної мережі, ступінь №2, вчетверо меншу кількість їх - ступінь ступінь №1 конденсаторів, який здійснює компен№3 тощо. сацію РП. Якщо через деякий час РП знову зросКонденсатори не призначені для частих ввімктає і знову досягає величини, близької до потужнень під напругу, бо при цьому у конденсаторі ності одного ступеня конденсаторів, то вмикають впродовж кількох мікросекунд протікають надструдругий ступінь конденсаторів - ступінь №2.1 так ми, які перевищують номінальний струм у 100далі, при зростанні РП далі по черзі вмикають сту1000 разів, що поступово руйн ує діелектрик ізоляпені конденсаторів №3, №4 тощо. ційних обкладинок конденсатора і той через деКоли при включеному стані кількох ступенів який час виходить з ладу. Зазначимо, що коли конденсаторів РП починає зменшуватись, то споодин чи більше ступенів конденсаторів ввімкнено чатку вимикають (відключають від електричної під напругу раніше і тепер вмикається черговий мережі) останній включений (найбільший за номеступінь конденсаторів, то надвеликі струми коротром) ступінь конденсаторів, скажімо, №9. При покочасно протікають через конденсатори всіх студальшому зменшенні споживання РП з електричпенів. Отже, цей спосіб регулювання компенсації ної мережі по черзі відключають від неї ступені РП призводить до значного скорочення строку №8, потім №7 і так далі, при необхідності аж до служби конденсаторів. №1. Часто для обмеження надструмів у конденсаРегулювання компенсації РП з використанням торах ступенів при ввімкненні їх на напругу електкоду 1:2:4... здійснюється інакше. Із зростанням РП ричної мережі застосовують включені послідовно з від нуля до величини, близької до потужності перконденсаторами резистори або реактори (індуктишого ступеня конденсаторів (найменшої потужносвний опір). Резистори після закінчення процесу ти 100кВАр), вмикають ступінь №1 100кВАр. При підключення до мережі конденсаторів шунтують подальшому зростанні нескомпенсованої РП до контактами комутаційних апаратів (контактор, магвеличини, близької до згаданих 100кВАр, вмиканітний пускач тощо), реактори ж залишають без ють ступінь №2 потужністю 200кВАр і одночасно шунтування. Недоліком застосування резисторів є вимикають ступінь №1 100кВАр, що призводить до подвоєння кількості комутаційних апаратів, недоліповної компенсації РП. Коли через деякий час РП ком використання реакторів є постійні втрати актизнову зросте близько до 100кВАр, то знову вмикавної енергії в їх активному опорі. ють ступінь №1 100кВАр. Подальше зростання РП Як прототип обрано спосіб регулювання компризводить до вмикання ступеня №3 потужністю пенсації РП за кодом 1:1:1... [Ильяшов В.П. Кон400кВАр і одночасного вимикання ступенів №№1,2 денсаторные установки промышленных предприясумарною потужністю 300кВАр. Далі при необхідтий. 2-е изд., М., Энергоатомиздат, 1983], який є ності вмикають ступінь №1, потім №2 з одночаснайближчим до запропонованого винаходу по техним відключенням ступеня №1, потім знову вминічній суті і результату, що досягається. кають ступінь №1 і нарешті вмикають ступінь №4 В основу винаходу поставлена задача підвиконденсаторів 800кВАр, вимикаючи ступені №№1, щення ефективності компенсації реактивної поту2, 3. Далі знову можуть вмикатися-вимикатися стужності в електричній мережі змінної напруги шляпені 1-4 так, як зазначено вище, аж доки не буде хом більш тонкого регулювання компенсації. досягнута потужність компенсуючих конденсаторів Поставлена задача вирішується тим, що в способі 1500кВАр - всі ступені 1-4 конденсаторів ввімкнерегулювання компенсації, який базується на ствоно. ренні за допомогою багатоступінчастої системи При зменшенні споживання з мережі РП регуконденсаторів основних випереджаючих компенлювання її компенсації проводять подібно до описуючи х реактивних струмів і компенсації таким саного, але в зворотньому порядку: спочатку вичином відстаючих реактивних струмів, згідно винамикають ступінь №1 100кВАр, з подальшим ходу за допомогою допоміжної багатоступінчастої зменшенням споживання РП вимикають ступінь системи конденсаторів створюють додаткові випе№2 200кВАр та одночасно вмикають ступінь №1 реджаючі компенсуючі реактивні струми величи100кВАр і так далі. ною, в кілька разів меншою за величину основного Ступені конденсаторів в наведених способах випереджаючого струму основного ступеня конназиватимемо основними, а створювані ними в денсаторів, і при монотонному зміненні відстаючоелектричній мережі струми - основними виперего реактивного струму компенсацію спочатку проджаючими компенсуючими реактивними струмами. водять додатковими випереджаючими Спільним недоліком обох способів є значна реактивними струмами допоміжної багатоступінпотужність зони нечутливості регулювання компечастої системи конденсаторів і після їх повного нсації РП, яка близька до потужності одного стувикористання - черговим основним випереджаю 5 78377 6 чим струмом, причому одночасно з початком викоелектричну лінію, що з'єдн ує джерело живлення 2 ристання чергового основного випереджаючого з мережею 1, причому найчастіше датчик розміреактивного струму припиняють використання щують поруч з мережею 1. допоміжних випереджаючих реактивних стр умів, Потужність основних ступенів конденсаторів далі цикли використання допоміжних і чергових 13-16,..., n обирають однаковими. Вважатимемо, основних випереджаючих реактивних стр умів пощо потужність кожного основного ступеня у відновторюють аж до досягнення якомога повної комсних величинах дорівнює одиниці, а потужності пенсації реактивної потужності; а при стрибкоподідодаткових ступенів конденсаторів 7, 8, 9, 10 добній зміні відстаючого реактивного струму більше, поміжної системи 6 у відносних величинах співвідніж на величину одного основного випереджаючоносяться як 0,1: 0,2: 0,2: 0,4. С ума потужностей го реактивного струму, компенсацію спочатку прододаткових ступенів 7-10 у відносних величинах водять основними випереджаючими реактивними складає 0,9, тобто на 0,1 менше потужності одного струмами і коли нескомпенсований відстаючий основного ступеня. реактивний струм досягає величини, меншої за При монотонній зміні (збільшенні або зменосновний випереджаючий реактивний струм/ комшенні) РП регулювання компенсації РП в електрипенсацію здійснюють допоміжними випереджаючній мережі 1 згідно способу, що заявляється, чими реактивними струмами допоміжної багатоздійснюється наступним чином. Перед цим зауваступінчастої системи конденсаторів. Причому жимо, що у відносних величинах випереджаючі додаткові випереджаючі реактивні струми та один струми конденсаторів додаткових і основних стуосновний випереджаючий реактивний струм вибипенів знаходяться у тому ж співвідношенні, що і їх рають у співвідношенні 0,1: 0,2: 0,2: 0,4: 1. реактивні потужності, тобто І7 : I 8: І 9: І10 = 0,1: 0,2: Сутність способу, що заявляється, пояснюєть0,2: 0,4, а І13: I14: I15 : І 16 ...: In = 1:1:1 ...:1. Зростання ся кресленням, де на Фіг.1 зображена однолінійна споживання РП супроводжується пропорційним схема заміщення трифазної електричної мережі зростанням відстаючого реактивного струму Ір, змінної напруги, яка живить навантаження (струякий потрібно компенсувати. Коли цей струм досямоприймачі) і до (від) якої вмикають (вимикають) гає значення Ір=0,1, вмикають ступінь 7 конденсаступені конденсаторів, генеруючих випереджаючі торів допоміжної системи 6, цей ступінь генерує в компенсуючі реактивні струми. мережу 1 випереджаючий реактивний струм I7= На Фіг.1 електрична мережа змінної напруги 1 0,1 (випереджаючі реактивні струми мають протиживиться від джерела живлення 2, підключеного лежний знак відносно відстаючих реактивних до мережі 1. Остання живить навантаження 3 підструмів). Алгебраїчна сума Ір + (-І7) в даному випаприємства, яке здебільшого складається з таких дку дорівнює нулю, що означає повну компенсацію струмоприймачів, як асинхронні двигуни 4, що кояк відстаючого реактивного струму, так і реактивмутуються (вмикаються і вимикаються до і від меної потужності. режі 1) комутаційними апаратами (КА) 5. НавантаКоли з подальшим зростанням (через деякий женням (струмоприймачем) може бути також час) нескомпенсований відстаючий струм Ір знов дугова сталеплавильна піч, індукційна нагрівальна досягне значення 0,1, одночасно вмикають ступінь піч тощо. Майже всі струмоприймачі споживають з 8 конденсаторів системи 6 з I8 = -0,2 і вимикають електричної мережі 1 разом з активною потужнісступінь 7: знову має місце повна компенсація відтю і реактивну потужність, яку і треба компенсувастаючого реактивного струму, який на цей час Ір = ти. Компенсацію РП здійснюють додатковими ви0,2. переджаючими компенсуючими реактивними Подальше зростання Ір на 0,1 - при цьому Ір = струмами I7, I 8, I9 , I10 допоміжної багатоступінчастої 0,3 - супроводжують знову вмиканням ступеня 7 системи конденсаторів 6, до якої входять конденконденсаторів і повністю компенсують відстаючий сатори 7, 8, 9, 10 зі струмами відповідно I7, I8, I9, струм Ір=0,3 випереджаючими струмами конденсаI10 , що підключаються (відключаються) до (від) торів І7 + I8 = -0,1 - 0,2 = -0,3. мережі 1 комутаційними апаратами 11 послідовно Отже після кожного зростання Ір на величину з реакторами 12, а також основними випереджаю0,1 вмикають (а при потребі вимикають) необхідчими компенсуючими реактивними струмами I13, ний ступінь конденсаторів допоміжної системи 6. I14 , I15, I 16,..., Іn основних конденсаторів 13, 14, 15, Послідовність комутацій ступенів 7 - 10 під час 16,..., n, які створюють основну багатоступінчасту регулювання компенсації РП в межах зміни відсистему конденсаторів 17, кожен з яких комутуєтьстаючого реактивного струму І р = 0... 0,9 наведена ся своїм КА 18. в таблиці, де значення відстаючого реактивного Сигнал, пропорційний реактивній потужності струму подані у відносних одиницях. (реактивному стр уму), яку (який) споживає навантаження 3, отримують з датчика, включеного в Таблиця №№ ступенів системи 6 Ip 7 8 9 10 + - ступінь ввімкнено 0,1 + 0,2 + 0,3 + + 0,4 + + 0,5 + + 0,6 0,7 + + + + 0,8 + + + 0,9 + + + + 7 78377 Коли відстаючій реактивний струм досягає значення Ір = 1, то вмикають основний ступінь конденсаторів 13 з випереджаючим реактивним струмом І13 = -1 і одночасно вимикають всі ступені 7-10 допоміжної системи 6. При подальшому зростанні Ір на величину від 0,1 до 0,9 додаткові ступені 7-10 вмикають та вимикають згідно з вищеописаним, тобто у відповідності до даних таблиці 1. Якщо тепер при включеному основному ступені конденсаторів 13 Ір досягне значення Ір=1, то знову - одночасно - відключать ступені 7-10 і підключать до мережі 1 основний ступінь 14 з випереджаючим струмом І14= -1. І так далі, тобто якщо Ір буде зростати і надалі, то спочатку будуть „працювати" згідно з табл. - додаткові ступені 7-10, за ними вмикають наступний основний ступінь і одночасно вимикають ступені 7-10. Так до останнього основного ступеню. Нехай тепер відстаючий реактивний струм Ір починає монотонно зменшуватись. Перед цим, наприклад, Ір мав значення Ір= 4 і при цьому були ввімкнені основні ступені конденсаторів 13-16 з Ір = І13+І14+І15+І 16= -4, що забезпечує повну компенсацію РП. Якщо тепер реактивний струм зменшився на 0,1, то вимикають останній за номером основний ступінь конденсаторів з тих, що були ввімкнені, - у нашому випадку це ступінь 16, - і вмикають всі додаткові ступені 7-10 конденсаторів, забезпечуючи повну компенсацію РП. Подальше зменшення Ір на 0,1 призведе до вимкнення ступеня 7. При новому зменшенні Ір на 0,1 вимкнеться ступінь 8 і одночасно ввімкнеться ступінь 7 і так далі. Коли з подальшим зменшенням Ір додаткові ступені 7-10 буде вимкнено (з досягненням повної компенсації РП), ввімкненими залишаться основні ступені 1315. Нове зменшення Ір на 0,1 призведе, по аналогії з вищеописаним, до вимкнення основного ступеня 15 і ввімкнення додаткових ступенів 7-10. Подібна процедура повторюється аж до почергового вимкнення основних ступенів 14, 13, а потім і додаткових ступенів 7-10 згідно з табл., тобто до моменту, коли Ір = 0. Після проведеного розгляду можна бачити, що компенсація РП з використанням допоміжної багатоступінчастої системи конденсаторів 6 зменшує нескомпенсовану частку РП у 10 разів: без неї нескомпенсована частка РП близька до потужності основного ступеня конденсаторів 13, 14,..., n, а в способі, що заявляється, ця частка в 10 разів менша і дорівнює потужності додаткового ступеня 7, потужність якого становить 0,1 від потужності ос 8 новного ступеня конденсаторів. Для зменшення до безпечного рівня стрибків струмів при ввімкненні додаткових ступенів 7-10 на напругу мережі 1 послідовно з конденсаторами цих ступенів включені індуктивні реактори 12 з невеликим індуктивним опором, достатнім для обмеження стрибка струму. Завдяки невеликій потужності конденсаторів ступенів 7-10 потужність реакторів 12 також невелика і втрати активної потужності в їх активному опорі в 10-100 разів менші тих, які були би у тому разі, якби такі реактори були включені послідовно з конденсаторами основних ступенів. Розглянемо тепер стрибкоподібну зміну РП. Нехай раптове збільшення відстаючого реактивного струму від н уля складає Ір=2, 3. Тоді вмикають основні ступені конденсаторів 13, 14 і додаткові ступені 7, 8. Сума їх компенсуючих випереджаючих струмів І 7+І 8+І13+І 14= -(0,1+0,2+1+1) = -2,3, що забезпечує повну компенсацію РП. Подальше стрибкоподібне збільшення відстаючого реактивного струму на 1,2 призводить до ввімкнення ще одного основного ступеня 15, додаткового ступеня 10 і одночасного вимкнення додаткового ступеня 8, що забезпечує компенсуючий випереджаючий реактивний струм 3, 5 і повну компенсацію РП. Якщо тепер раптове зменшення відстаючого реактивного струму складе 2, 3, то вимикають основні ступені конденсаторів 15, 14, додаткові ступені 10, 7 і вмикають додатковий ступінь 8, забезпечуючи повну компенсацію РП. В цьому разі Ір=1,2 і І8+І13= -1/2. Робота способу регулювання компенсації РП при інших цифрах стрибкоподібних змін відстаючого реактивного струму зрозуміла з вищеописаного. Розглянутий спосіб регулювання компенсації РП вже знайшов практичне використання при модернізації діючих конденсаторних установок, які здійснюють компенсацію РП в промислових електричних мережах змінної напруги, що дало відчутний економічний ефект. Зазначимо, що в конденсаторних установках з автоматичним керуванням компенсації РП, які випускають промислові підприємства України (у містах Вінниця, Київ, Дніпропетровськ, Київська обл. тощо) використовують вищезгадані способи регулювання компенсації РП по одиничному (1:1:1:...) або двоїчному (1:2:4:...) кодам, про значні недоліки яких вже було сказано вище. Це ж саме стосується і зарубіжних конденсаторних установок, які завозяться до України. 9 Комп’ютерна в ерстка А. Крулевський 78377 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601