ПОТРЕБИТЕЛИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ПРИ КОММУНАЛЬНО-БЫТОВОЙ НАГРУЗКИ
Силовые трансформаторы 10/0,4кВ
Основным потребителем реактивной мощности в городских сетях является силовой трансформатор. Это связано с тем, что для преобразования напряжения до нужного значения необходимо создание переменного магнитного потока. Несовершенство конструкции трансформатора приводит к тому, что не весь магнитный поток, создаваемый первичной обмоткой, сцепляется со всеми обмотками. Часть магнитного потока 
замыкается через корпус трансформатора и через воздух и сцеплена только с витками первичной обмотки (рис. 2.1.1).
Рисунок 2.1.1 – Схема трансформатора
При протекании тока по вторичной обмотке часть магнитного потока 
сцепляется только с витками вторичной обмотки в основном по воздуху. Потоки и называются потоками рассеяния, наводящие в обмотках э.д.с. самоиндукции, эквивалентные индуктивности трансформатора. Стоит отметить, что основной поток 
, замыкающийся по стальному сердечнику, не прямо пропорционален напряжению, а потоки рассеяния пропорциональны току и определяемая ими индуктивность постоянна.
Рисунок 2.1.2 – Схема замещения трансформатора
На рис. 2.1.2 представлена схема замещения трансформатора. Коэффициент трансформации в схеме замещения принимается равной единицы. Для этого параметры вторичной обмотки приводят к первичной:
(25)
; 
; 
. (26)
Ток, создаваемый основным магнитным потоком, определяется ветви с элементами 
и 
, где активное сопротивление эквивалентно активным потерям (потерям в стали), а индуктивное сопротивление определяет намагничивающий ток 
и э.д.с. самоиндукции 
. Соответственно, ток 
состоит из активной составляющей 
и реактивной составляющей и определяется как
|
|
|
, (27)
где отстаёт от напряжения 
на 90˚, так как обладает чисто индуктивным характером.
В схеме замещения сопротивления 
и 
являются активными сопротивлениями первичной и приведённой вторичной обмотки, 
и 
– реактивные сопротивления, определяемые потоками рассеяния. Обычно 
, а 
. Нагрузка трансформатора представлена в виде приведённых сопротивлений к первичной обмотке 
и 
. Вторичное напряжение 
так же приведено к первичному напряжению 
. Приведённый вторичный ток 
равен
. (28)
Рисунок 2.1.3 – Векторные диаграммы: а) – трансформатора на холостом ходе; б) – трансформатора при комплексной (индуктивной) нагрузки.
Из векторной диаграммы трансформатора при холостом ходе (рис.2.1.3 а), построенной для схемы замещения, видно:
- э.д.с. индуктивности намагничивания уравновешивает вектор 
(падение напряжения на индуктивности);
|
|
|
- э.д.с. индуктивности рассеяния 
уравновешивается 
(падение напряжения на индуктивности рассеяния);
- основной поток совпадает по фазе с током намагничивания ;
- поток рассеяния первичной обмотки 
совпадает по фазе с 
и опережает основной поток на угол 
, определяемый как 
;
- напряжение сети 
определяется как 
.
Реактивная мощность, потребляемая трансформатором на холостом ходе равна:
(29)
Так как 
и 
, то 
и 
, соответственно
(30)
где 
- ток холостого хода,
–номинальная полная мощность трансформатора.
При рассмотрении векторной диаграммы трансформатора, работающего на комплексную (индуктивную) нагрузку (рис.2.1.3, б) следует, что ток нагрузки создаёт в первичной обмотке падение напряжения 
, а во вторичной 
, где 
, а 
. Из треугольника сопротивлений коэффициент мощности нагрузки определяется как
(31)
В связи с тем, что первичный ток определяется как 
и 
, пренебрегать реактивным падением напряжения в обмотках трансформатора нельзя (в отличие от случая работы трансформатора на холостом ходе).
|
|
|
Реактивное падение напряжения при протекании номинального тока трансформатора называется напряжением короткого замыкания 
. Если накоротко замкнуть вторичную обмотку трансформатора, то напряжение короткого замыкания определяется как 
при условии, что по цепи 
будет протекать номинальный ток. Так как 
, 
, а 
, то
(32)
где 
.
С учётом выражения (32) реактивная мощность потоков рассеяния при номинальной нагрузке определяется как
(33)
При нагрузки, отличной от номинальной, 
определяется как
(34)
где 
– коэффициент загрузки трансформатора.
Полная реактивная мощность трансформатора 
определяется как алгебраическая сумма реактивной мощности трансформатора на холостом ходе 
и реактивной мощности рассеяния
(35)
В таблице 2.1.1 приведены данные потребления реактивной мощности трансформаторами при нормальной загрузки 65%.
Таблица 2.1.1
Потребление реактивной мощности трансформаторами ТМГ
| Номинальная мощность, кВА | uкз% | Iхх% | Потребляемая реактивная мощность, кВАр | ||
| 630 | 5,5 | 0,7 | 19,05 | ||
| 1000 | 5,5 | 0,6 | 29,24 | ||
| 1250 | 6 | 1,5 | 50,44
|
Освещение
Ввиду планомерного отказа от ламп накаливания всё большее распространение получили люминесцентные лампа. В основу принципа действия люминесцентных ламп лежит создание электрического разряда в разряженном газовом объёме, заполненном парами ртути, что приводит к ультрафиолетовому излучению, невидимому человеческому глазу. Для создания видимого свечения внутреннею поверхность колбы покрывают люминофором, который преобразует ультрафиолетовое излучение в видимый спектр света.
Так как электрический разряд в лампе не устойчивый, то последовательно с газоразрядной трубкой включают ограничивающее сопротивление – балласт. В качестве балластового сопротивления используется катушка индуктивности, намотанная на стальной сердечник – дроссель. Применение дросселя позволяет создавать зажигающий импульс за счёт э.д.с. самоиндукции, а так же стабилизирует напряжение и ток, уменьшая паузы и пульсации.
Применение катушки индуктивности в люминесцентных лампах приводит к увеличению потребления реактивной мощности, которая определяется параметрами дросселя и лежит в пределах tgφ =1,3÷1,7 ( cosφ =0,5÷0,6).
Так как усреднённое значение потерь активной мощности в дросселе составляет порядка 25% от номинальной активной мощности, потребляемой лампой, то потребляемая реактивная мощность люминесцентной лампы можно определить как
(36)
Из выражения (36) видно, что потребляемая реактивная мощность в 1,6 – 2,2 раза превышает потребление активной мощности, затрачиваемой на выполнение полезной работы.
Для уменьшения потребления реактивной мощности стали применяться лампы с пускорегулирующей аппаратурой со встроенными конденсаторами, которые увеличивают значения коэффициента мощности до значений cosφ =0,92÷0,95 ( tgφ =0,42÷0,32), что приводит к уменьшению потребления реактивной мощности в 4-5 раз:
. (37)
В среднем на наружное освещение придомовых территорий потребляется порядка 5 – 30 кВт, что соответствует 2 – 15 кВАр.
Бытовые приборы
Наряду свыше изложенными потребителями реактивной мощности немало важное влияние на потребление реактивной мощности оказывают бытовые приборы. Ввиду того, что количество электрических приборов в среднестатистической квартире увеличилось, то и потребляемая мощность тоже неуклонно растёт. Помимо роста потребления активной мощности происходит неизбежное повышения потребления и реактивной мощности необходимой для нормальной работы современных приборов с применением полупроводниковых систем.
В таблицу 2.3.1 сведены основные электроприёмники, которые получили широкое распространение в квартирах современных людей с указанием потребляемой мощности, коэффициентами мощности, спроса, одновременного использования и потребляемая ими реактивная мощность:
Таблица 2.3.1
Современные бытовые электроприёмники и их характеристики
| Наименование оборудования | Руст., кВт | kС | kИ | cosφ | tgφ | Ррасч., кВт | Qрасч., кВАр |
| Электроплита | 6,5 | 0,8 | 1 | 0,98 | 0,2 | 5,2 | 1,06 |
| Холодильник | 0,45 | 0,8 | 1 | 0,65 | 1,17 | 0,36 | 0,42 |
| Чайник | 1,5 | 0,3 | 1 | 1 | 0 | 0,45 | 0 |
| Микроволн. Печь | 1,5 | 0,3 | 1 | 0,65 | 1,14 | 0,45 | 0,53 |
| Телевизор | 0,3 | 0,5 | 0,75 | 0,7 | 1,02 | 0,1125 | 0,11 |
| Компьютер | 0,6 | 0,6 | 1 | 0,65 | 1,17 | 0,36 | 0,42 |
| Стиральная машина | 3 | 0,8 | 1 | 0,85 | 0,62 | 2,4 | 1,49 |
| Освещение | 2,1 | 1 | 0,8 | 0,95 | 0,33 | 1,68 | 0,55 |
Примечание: 1) Приведены средние значения мощностей электроприёмников; 2) Расчётная мощность, потребляемая осветительными приборами, рассчитана при следующих условиях: Руст.осв.=30 Вт/м2, Sкв.=70 м2.
Общая потребляемая активная мощность определяется как сумма всех расчётных мощностей электроприёмников РРАСЧ.∑=11,01 кВт, а потребляемая реактивная мощность составляет QРАСЧ.∑=4,58 кВАр. Полная мощность составляет SРАСЧ.=11,93 кВА.
В таблице 2.3.2 приведены данные потребления реактивной мощности коммунально-бытовых потребителей при допущениях, что коэффициент нормальной загрузки трансформаторов β=0,65 и коэффициент мощности нагрузки cosφ=0,95.
Таблица 2.3.2
Усреднённые значения потребления реактивной мощности коммунально-бытовыми потребителями.
| Активная мощность нагрузки, кВт | Коэффициент мощности | Коэффициент реактивной мощности | Реактивная мощность нагрузки, кВАр |
| 384,03 | 0,95 | 0,33 | 126,73 |
| 637,5 | 0,95 | 0,33 | 210,38 |
| 741,88 | 0,95 | 0,33 | 244,82 |
На рис.2.3.1 представлена диаграмма усреднённого потребления реактивной мощности основными потребителями в городских сетях при коммунально-бытовой нагрузке.
Рисунок 2.3.1 – Доли потребления реактивной мощности при коммунально-бытовой нагрузке
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 322; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!