Выбор продольной компенсации в сети 10 кВ

Требуется выбрать продольную компенсацию для сети напряжением 10 кВ с нагрузками, указанными на рис.1.

Продольная компенсация индуктивности линий обеспечивается включением последовательно в линию обратного по знаку емкостного сопротивления в виде конденсаторов. Это сопротивление компенсирует индуктивное сопротивление линий, вследствие чего в ней уменьшается потеря напряжения [Л1, с.165].

Исходные данные:

• Напряжение в питающем пункте составляет Uп = 10500 В;
• Время использования максимальной нагрузки для всех потребителей Тmax = 4000 ч;
• Сеть выполняется алюминиевыми проводами, расстояние между проводами 1000 мм, расположенные – по треугольнику;
• Допустимая потеря напряжения, принята согласно [Л1, с.119], составляет ΔUдоп* = 8%.

На схеме, нагрузки выражены в кВт и квар, а длины участков в км. Полная мощность записана в виде комплексной полной мощности: Ṡ = P + jQ.

Например, для первого участка комплексная полная мощность равна: Ṡ = p1 + jq1 = 400 +j300.

При этом полная мощность определяется как модуль комплексной полной мощности:

Решение

1. Определяем мощности (кВт и квар) по участкам и результаты наносим на схему рис.1:

2. Определяем рабочие токи в каждом участке по формуле [Л1, с.129]:

3. Определяем сечение проводов по формуле 6-44 [Л1, с.147]:

где:

• I – расчетный ток участков, А;
• Jэк = 1,1 — нормированное значение экономической плотности тока (А/мм2) для неизолированных алюминиевых проводов выбираем по ПУЭ таблица 1.3.36, с учетом что время использования максимальной нагрузки Тmax= 4000 ч.

4. Определяем активные и индуктивные сопротивления для выбранных сечений проводов по ГОСТ 839 таблица А.2 и РД 153-34.0-20.527-98 таблица П11 при среднегеометрическом расстоянии между проводами 1,0 м:

• А-25: r0 = 1,149 Ом/км, x0 = 0,377 Ом/км;
• А-35: r0 = 0,834 Ом/км, x0 = 0,366 Ом/км;
• А-70: r0 = 0,413 Ом/км, x0 = 0,341 Ом/км;

5. Определяем потери напряжения по участкам по формуле 6-18 [Л1, с.126]:

6. Определяем полную потерю напряжения до нагрузки 3, суммируя потери напряжения последовательно для каждого участка:

Как мы видим полная потеря мощности ΔU_0-3 = 1459 В значительно превышает допустимую потерю напряжения ΔUдоп = 800 В.

7. Так как у нагрузки 1 уровень напряжения находиться в допустимых пределах ΔU_0-1 = 669 В < ΔUдоп = 800 В, а у нагрузки 2 потеря напряжения составляет: ΔU_0-2 = ΔU_0-1 + ΔU_1-2 = 669 + 332 = 1001 В, то продольную компенсацию целесообразно установить в конце участка 1-2.

8. Определяем напряжение на входных (со стороны питания) зажимах конденсаторов участка 1-2:

U’ = Uп — ΔU_0-1 — ΔU_1-2 = 10500 – 669 – 332 = 9499 В

где: Uп = 10500 В — напряжение в питающем пункте.

9. Определяем необходимое напряжение на выходных (в сторону потребителей) зажимах конденсаторов участка 1-2:

U” = Uп – ΔUдоп + ΔU_2-3 = 10500 – 800 + 458 = 10158 В

10. Определяем необходимую мощность конденсаторов устанавливаемых на участке 1-2 по формуле 7-10 [Л1, с.167]:

где:

• P₂ = 600 кВт – активная мощность проходящая через конденсатор в месте его установки (участок 1-2);
• cosϕ = 0,8 – коэффициент мощности со стороны потребителя.

11. Определяем сопротивление фазы по формуле 7-7 [Л1, с.166]:

где: I_1-2 = 43 А – рабочий ток линии.

12. Определяем максимально возможное напряжение на конденсаторах:

Umax.кон. = U” – U’ = 10158 – 9499 = 659 В

Выбираем кондесаторы с номинальным напряжением 1,05 кВ типа КЭКП-1,05-50 УХЛ1 (мощность конденсаторов была отдельно оговорена с заводом-изготовителем).

13. Определяем емкостное сопротивление для однофазного конденсатора по формуле 7-8 [Л1, с.166]:

где:

• Qсн = 50000 вар – номинальная мощность конденсатора, согласно каталога;
• Iн = Qсн/Uн = 50000/1050 = 47,6 А – номинальный ток конденсатора;
• Uн = 1050 В – номинальное напряжение конденсатора, согласно каталога.

Всего устанавливаем три конденсатора (по одному конденсатору на фазу).

Поверочный расчет потерь напряжения в линии с учетом конденсаторов

14. Определяем потерю реактивной мощности в конденсаторах по формуле 7-7 [Л1, с.166]:

где: I_1-2 = 43 А – рабочий ток линии.

Эта опережающая мощность уменьшает реактивную мощность, протекающую на участках 0-1 и 1-2 линии. Новое распределение мощности по линии изображено на рис.2.

15. Определяем мощности (кВт и квар) по участкам с учетом установки конденсаторов и результаты наносим на схему рис.2:

16. Определяем потери напряжения по участкам по формуле 6-18 [Л1, с.126]:

17. Определяем суммарную потерю напряжения до нагрузки 3 с учетом установки конденсаторов:

18. Определяем напряжение в точках нагрузки c учетом потерь напряжения в проводах:

• Точка 1: U₁ = U_п – ΔU’_0-1 = 10500 – 627 = 9873 В
• Точка 2: U₂ = U₁ + ΔU’_1-2 = 9873 + 680 = 10553 В
• Точка 3: U₃ = U₂ — ΔU_2-3 = 10553 — 458 = 10092 В

Из полученных результатов видно, что место продольной компенсации выбрано правильно, так как обеспечивает приемлемый уровень напряжения как в точке 2, так и в точке 3.

Расположение продольной компенсации, например, в начале участка 1-2 не привело бы к уменьшению реактивной мощности на этом участке, достигнутому в данном случае, а привело бы к дополнительным потерям и, следовательно, к пониженным уровням напряжения.

Литература:

1. Электрические сети энергетических систем. В.А. Боровиков. 1977 г.