Конденсаторные установки 6,3

Оглавление

Разрядные модули

Для конденсаторов с конструктивным исполнением L/M компания Electronicon предлагает шесть различных разрядных модулей (3×68, 82, 100, 120, 180, 300 кОм) для разрядки как одиночных конденсаторов, так и групп последовательно соединенных конденсаторов. Сопротивления смонтированы в защищенном от прикосновений корпусе (IP20). Разрядные модули рассчитаны таким образом, чтобы разряд до 50 В происходил менее чем за 60 с.

Для конденсаторов с конструктивным исполнением A также предлагаются аналогичные разрядные группы (IP00). Разрядные модули рассчитаны так, чтобы разряд до 50 В происходил менее чем за 70 с.

Конденсаторы с конструктивным исполнением K укомплектовываются внутренними разрядными модулями, рассчитанными на разряд до 50 В менее чем за 60 с.

Конкретные значения подключаемых модулей могут быть рассчитаны по следующим формулам:

  • Трехфазный конденсатор:
  • Однофазный конденсатор:

t — время разряда, CT — емкость одной фазы, Ctotal — общая емкость, UB — рабочее напряжение, UE — максимально допустимое напряжение за время t, R— значение сопротивления.

В заключение рассмотрим несколько примеров выбора требуемой конденсаторной мощности на практике.

Выбор конденсаторной установки

При выборе конденсаторной установки руководствуются следующими характеристиками:

  1. Необходимость возможности регулирования мощности конденсаторной установки означает, что в конденсаторной установке предусмотрена возможность ступенчатого регулирования мощности средствами самой конденсаторной установки в ручном или автоматическом режиме. В регулируемых конденсаторных установках коммутация конденсаторов осуществляется с помощью контакторов или тиристоров.
  2. Необходимая скорость срабатывания конденсаторной установки зависит от типа коммутирующих аппаратов и от типа разрядных устройств на конденсаторах.
  3. Время повторного срабатывания ступени означает интервал времени, по прошествии которого отключенный конденсатор может быть вновь подключен в сеть.
  4. Необходимость наличия фильтра(-ов) высших гармоник.

В начало

Разбор экономических аспектов компенсации реактивной мощности

Экономия на оплате электроэнергии

Во-первых, большинство потребителей – частных, коммерческих и промышленных – не платят за потреблённую реактивную мощность, а платят только за активную, т.е. не за пиво с пеной, а только за пиво. Поэтому снижение реактивной мощности (кВАр) не позволит напрямую снизить плату за активную энергию (кВт).

Во-вторых, промышленные потребители при подключении к электросетям единовременно платят за выделение мощностей – за строительство подстанции и за подведение кабельных сетей. Поэтому если вам нужно много пива, а покупать новый стакан дорого, имеет смысл снизить уровень пены: это мера временная, но действенная.

В-третьих, промышленные потребители платят не только за поставленную мощность, но и за выделенную, т.е. полную мощность, которая измеряется в кВА и состоит из активной и реактивной. Тут тоже актуально снизить полную мощность, скомпенсировав реактивную.

Снижение потерь электроэнергии

Проходя через систему электроснабжения, часть мощности теряется в виде нагрева проводов, трансформаторов и оборудования. Эти потери омические, то есть расходуется активная мощность (кВт). Но следует учесть, что доля потерь во внутренней сети электроснабжения по причине нескомпенсированной реактивной мощности вряд ли достигает единиц процентов. Ими можно пренебречь на фоне изменчивого напряжения в сети питания, провалов напряжения, гармонических искажений, взаимного влияния нелинейной или резко переменной нагрузки и других проблем электросети, которые вызывают нерациональное использование электроэнергии.

Как возместить реактивную мощность – пример с бокалом

Компенсатор реактивной мощности

Известно, что электрическая энергия состоит из двух частей: активной и реактивной. Первая преобразуется в различные виды полезной энергии (тепловую, механическую и пр.), вторая – создаёт электромагнитные поля в нагрузке (трансформаторы, электродвигатели, дроссели, индукционные печи, осветительные приборы). Несмотря на необходимость реактивной энергии для работы указанного оборудования, она дополнительно нагружает электросеть, увеличивая потери активной составляющей. Это приводит к тому, что промышленный потребитель принужден дважды платить за одну и ту же энергию. Сначала по счётчику реактивной энергии и ещё раз косвенно, как потери активной составляющей, фиксируемые прибором учёта активной энергии.

Для решения этой задачи (уменьшение реактивной части энергии) были разработаны и сегодня широко используются во всём мире установки компенсации реактивной мощности. Они снижают значения потребляемой мощности за счёт выработки реактивной составляющей непосредственно у потребителя и бывают двух видов: индуктивными и емкостные. Индуктивные реакторы, обычно, применяют для компенсации наведённой емкостной составляющей (например, большая протяженность воздушных линий электропередачи и т.п.). Конденсаторные батареи применяются для нейтрализации индуктивной составляющей реактивной мощности (индуктивные печи, асинхронные двигатели и др.).

Компенсатор реактивной энергии позволяет: — уменьшить потери мощности и снижение напряжения в различных участках электросети; — сократить количество реактивной энергии в распределительной сети (воздушные и кабельные линии), трансформаторах и генераторах; — снизить затраты на оплату потреблённой электрической энергии; — сократить влияние сетевых помех на работу оборудования; — снизить асимметрию фаз.

Учитывая, что характер нагрузки в бытовых и промышленных сетях имеет преимущественно активно-индуктивный тип, наиболее широко распростанены как средство компенсации статические конденсаторы. Их основными достоинствами являются: — малые потери активной энергии (в рамках 0,3-0,45 кВт/100квар); — незначительная масса конденсаторной установки не требует фундамента; — несложная и недорогая эксплуатация; — увеличение или уменьшение количества конденсаторов в зависимости от ситуации; — компактность, дающая возможность монтажа установки в любом месте (у электроустановок, группой в цеху или крупной батареей). При этом наилучший эффект получается при размещении установки непосредственно в трансформаторной подстанции и подключении к шинам низкой стороны (0,4 кВ). В этом случае компенсируются сразу все индуктивные нагрузки, запитанные от данной ТП; — независимость работоспособности установки от поломки отдельного конденсатора. Конденсаторные установки с фиксированным значением мощности применяют в трёхфазных сетях переменного тока. В зависимости от типа нерегулируемые установки имеют мощность 2,5 – 100 кВАр на низком напряжении.

Ручная регулировка количества конденсаторов не всегда удобна и не успевает за изменением ситуации на производстве, поэтому всё чаще новые производства приобретают для компенсации реактивной энергии автоматические установки. Регулируемые компенсаторы повышают и автоматически корректируют cos φ на низком напряжении (0,4 кВ). Кроме поддержания установленного коэффициента мощности в часы минимальных и максимальных нагрузок, установки устраняют режим генерации реактивной энергии, а также: — постоянно отслеживают изменение количества реактивной мощности в компенсируемой цепи; — исключают перекомпенсацию и её следствие – перенапряжение в сети; — проводят мониторинг главных показателей компенсируемой сети; — проверяют работу всех составляющих компенсаторной установки и режим её работы. При этом оптимизируется распределение нагрузки в сети, что снижает износ контакторов. В регулируемых компенсаторных установках предусматривается система отключения при возникновении аварийной ситуации с одновременным оповещением обслуживающих специалистов. В некоторых моделях также предусматривается система поддержания нормальной температуры, включающая автоматический обогрев или вентиляцию установки.

Ситуация с компенсацией реактивной мощности в последние годы

Судя по результатам проведенных в 2011-2012 гг. энергетических обследований электрических сетей, по результатам исследований АО «НТЦ ФСК ЕЭС», ситуация с уровнем компенсации реактивной мощности в электрических сетях в последние годы существенно не изменилась, а кое-где ухудшилась. К сожалению, в настоящее время отсутствует полная и достоверная информация о фактической степени компенсации реактивной мощности по стране в целом, по отдельным регионам и уровням напряжения электрических сетей. Но и та ограниченная информация, которой мы располагаем сегодня, свидетельствует о значительных проблемах, которые требуют безотлагательного решения.

В частности, значительное число линий и автотрансформаторов в магистральных электрических сетях 220-500 кВ работает с повышенными перетоками реактивной мощности (tgφ>0,5), что характеризуется табл. 3.

Табл. 3. Количество подстанций и линий электропередачи, работающих с повышенными перетоками реактивной мощности

ОЭС

Количество подстанций и линий электропередачи, шт., работающих с tgφ>0,5

подстанций

линий

Юга

38

280

Северо-Запада

6

19

Центра

70

138

Средней Волги

45

51

Урала

38

78

Наиболее подробный анализ режимов реактивной мощности по данным телеизмерений был проведен в ОЭС Сибири в 2011 году. Из 266 обследованных автотрансформаторов 220-550 кВ на 137 (более 50%) tgφ их нагрузки превышал допустимое значение 0,5.

По нормативным документам ПАО «ФСК ЕЭС» компенсация зарядной мощности ВЛ 500 кВ должна составлять 80-100%. Тем не менее по той же ОЭС Сибири, она составляет 0,67. По отдельным энергосистемам этой ОЭС степень компенсации находится в пределах 0,35-3,95, что видно из табл. 4.

Табл. 4. Степень компенсации реактивной мощности по отдельным энергосистемам ОЭС Сибири

Энергосистема

Отношение мощности компенсирующих устройств (Qку) к зарядной мощности линий (Qзар)

Qку/Qзар, о.е

Алтайская

1,20

Кузбасская

0,35

Новосибирская

0,66

Омская

1,26

Томская

3,95

Западная Сибирь

0,78

Иркутская

0,44

Красноярская

0,48

Хакасская

0,45

Восточная Сибирь

0,46

ОЭС Сибири

0,67

Не лучше ситуация и в других ОЭС. Степень использования установленных в магистральных электрических сетях 220-500 кВ компенсирующих устройств находится в пределах 40-50%.

Отмеченное выше, безусловно, сказывается на уровнях напряжения в электрических сетях. На ряде линий в режимах минимальных нагрузок имеет место избыток реактивной мощности и повышенное напряжение, на ряде перегруженных линий в часы максимума нагрузки наблюдаются пониженное напряжение. И в том и в другом случае это создает трудности при выводе оборудования в ремонт и при ликвидации аварий, а также приводит к дополнительным потерям мощности и электроэнергии в сети.

Недопустимые отклонения напряжения в контрольных точках сети вызваны не только недостаточными степенями компенсации реактивной мощности и использования средств компенсации, но и низкой оснащенностью автотрансформаторов 220-750 кВ средствами автоматического регулирования на трансформаторах (АРНТ) и степенью использования РПН и АРНТ, что видно из табл. 5.

Табл. 5. Оснащенность автотрансформаторов 220-750 кВ устройствами РПН и АРНТ и степень их использования, по состоянию на 2011 г.

Характеристики оснащенности и степени использования

Численное значение для номинального напряжения автотрансформаторов, кВ

220-330

500-750

Общее количество автотрансформаторов (АТ), шт.

1639

306

Число АТ, оборудованных РПН

шт.

1536

277

% от общего кол-ва АТ

94

90

Число РПН, использование которых запрещено руководством

шт.

116

48

% от общего кол-ва АТ

7

16

Общее число не используемых РПН

шт.

640

219

% от общего кол-ва АТ, оборудованных РПН

41

79

Общее число АТ, оборудованных АРНТ

шт.

802

169

% от общего кол-ва АТ

49

55

Общее количество АТ, оборудованных АРНТ и работающих

шт.

81

3

% от общего кол-ва АТ

4,9

1

Из этой таблицы, в частности, следует, что число неиспользуемых РПН от общего количества АТ, оборудованных РПН, составляет в сетях 220-330 кВ – 41%, в сетях 500-750 кВ – 79%. С использованием средств автоматического регулирования напряжения ситуация еще хуже. Только около 50% АТ оборудовано этими средствами, а используется для регулирования напряжения в сетях 220-330 кВ – 4,9%, а в сетях 500-750 кВ – 1% от общего количества АТ.

Устройство статических конденсаторов для компенсации реактивной мощности

Основными элементами конструкции конденсаторов являются бак с изоляторами и выемная часть, состоящая из батареи секций простейших конденсаторов.

Конденсаторы единой серии напряжением до 1050 В включительно изготавливают со встроенными плавкими предохранителями, последовательно соединенными с каждой секцией. Конденсаторы более высокого напряжения не имеют встроенных плавких предохранителей и требуют отдельной их установки. В этом случае осуществляется групповая зашита конденсаторов плавкими предохранителями. При выполнении групповой защиты в виде плавких предохранителей один предохранитель защищает каждые 5—10 конденсаторов, причем номинальный ток группы не превышает 100 А. Кроме того, устанавливаются общие предохранители для всей батареи.

Для конденсаторов напряжением 1050 В и ниже, имеющих встроенные предохранители, устанавливаются также общие предохранители для батареи в целом, а при значительной мощности батареи — и для отдельных секций.

В зависимости от напряжения сети трехфазные батареи конденсаторов могут комплектоваться из однофазных конденсаторов с последовательным или параллельно — последовательным соединением конденсаторов в каждой фазе батареи.

Определение

Реактивная мощность не выполняет полезной работы. Она обусловлена наличием у потребителя индуктивной или ёмкостной составляющей нагрузки. На предприятиях реактивная мощность возникает при работе электрических двигателей, трансформаторов или ламп ДРЛ. В домашних условиях это моторы пылесосов, стиральных машин или компрессоров холодильников. На корпусе данных агрегатов часто можно увидеть параметр cosф, называемый коэффициентом мощности. Он количественно характеризует долю реактива.

Обратите внимание! Cosф – параметр крайне нестабильный. Он способен меняться в широком диапазоне с течением года и временем суток. Также коэффициент мощности тесно связан с будними и выходными днями

Также коэффициент мощности тесно связан с будними и выходными днями.

Бирка на двигателе

Все перечисленное служит примером источников индуктивной составляющей. Гораздо реже встречается ёмкостная. К её примерам относятся мощные импульсные блоки питания и всё, что во входной части содержит конденсаторы.

Как установка помогает экономить деньги?

Установка КРМ, используется в промышленности, при эксплуатации в тандеме с электродвигателями, которые и являются основными потребителями реактивной мощности. Если «полезная» энергия тратиться на работу мотора, то реактивная приводит к снижению его эксплуатационных преимуществ. например, увеличивается риск преждевременной поломки, чаще нужны остановки оборудования для охлаждения, что отражается на производительности предприятия.

Без УКРМ пользователь платит и за бесполезную энергию

Реактивная доля электричества «гоняется» по проводам, не принося пользы, а из-за ее избытка возникает перегрев, обеспечивается дополнительная нагрузка на сеть и оборудование. Итог: у пользователя двойная потеря – переплата за нецелевую электроэнергию и повышенный риск поломок электрооснащения. А потери и риски сводятся к минимуму без значительных трат – покупкой и установкой УКРМ, И чем больше мощность потребляемой энергии, тем больше выгод от использования компенсатора.

БСК — общее


Проблематике эффективного использования топлива и энергии уделяется много внимания во многих странах мира. В стратегическом плане развития многих стран отдельный аспект отведен грамотному использованию имеющейся энергии. Чтобы достичь максимального эффекта требуется рассматривать все этапы: начиная от возникновения электрической энергии и заканчивая её конечным использованием. Подача электрической энергии на многие километры с задействованием линий электропередач в любом случае ведет к неизбежным потерям. В этом случае происходит увеличение загрузки оборудования, которое предназначено для перераспределения энергии. Так, происходит снижение надежности функционирования частей энергосетей. Бесплатная консультация Инженера по БСК

Присоединение конденсаторных батарей к сети

Батареи конденсаторов любых напряжений могут присоединяться к сети или через отдельный аппарат, предназначенный для включения или отключения только конденсаторов, или через общий аппарат управления с силовым трансформатором, асинхронным двигателем или другим приемником электроэнергии.

Статические конденсаторы в установках напряжением до 1000 В включаются в сеть и отключаются от сети с помощью автоматических выключателей или рубильников.

Конденсаторы, применяемые в установках напряжением выше 1000 В, включаются в сеть и отключаются от сети только посредством выключателей или разъединителей мощности (выключателей нагрузки).

Для того чтобы затраты на отключающую аппаратуру не были очень велики, не рекомендуется принимать мощности конденсаторных батарей менее:

  • 400 квар при напряжении 6-10 кВ и присоединении батарей к отдельному выключателю;
  • 100 квар при напряжении 6-10 кВ и присоединении батареи к общему с силовым трансформатором или другим электроприемником выключателю;
  • 30 квар при напряжении до 1000 В.

Понятие об активной и реактивной мощностях

Когда электросеть включает в себя только активные нагрузочные компоненты, изменения фаз тока и напряжения совпадают друг с другом, и потребляемый ресурс ограничивается полезной мощностью (ее можно также называть активной). Но на практике сети часто включают в себя компоненты, несущие значительную индуктивную нагрузку. Продуцируемая ею реактивная мощностная компонента отличается отставанием одной из величин (напряжения либо тока) от другой. В итоге в периоды времени, когда величины имеют обратные друг другу знаки, мощность идет в сторону генератора, не выполняя полезную работу. Это приводит к тратам энергетических ресурсов вхолостую, при этом за эти траты платит потребитель.

Важно! Реактивная мощность создает избыточную нагрузку на кабельные элементы (для ее нивелирования требуется применение более толстых проводов), коммутационные и трансформаторные устройства, из-за чего они быстрее выходят из строя. Еще один побочный эффект – отклонение сетевого напряжения от номинального показателя

Фазовый сдвиг между токовой силой и напряжением

Защита конденсаторных установок

Чтобы обеспечить безопасность установки, применяются механизмы:

  • датчик температуры, инициирующий подогрев при ее понижении и охлаждение при излишнем нагреве батареи конденсаторов;
  • защита от инцидентов короткого замыкания, сильных скачков тока и напряжения;
  • блокиратор попыток прикосновения к токоведущим деталям;
  • контактный переключатель, отключающий агрегат при отпирании двери с работающим оборудованием.

Советуем изучить — Промышленные светодиодные светильники

Монтаж установки с конденсаторной батареей позволит разгрузить электродвигатели, генераторы и другое оборудование, несущее реактивную нагрузку. При подготовке к приобретению нужно рассчитать, куда целесообразнее всего будет подключить агрегат.

Возможно, вам также будет интересно

Одними из значимых элементов схемы и конструкции импульсного преобразователя являются конденсаторы шины питания. Неграмотный выбор ЭК и неправильный расчет режимов его работы может заметно снизить надежность аппаратуры и стать причиной неожиданных отказов. Компания RIFA предлагает методику расчета конденсаторов, позволяющую не только оценить мощность потерь в конкретных условиях эксплуатации, но и достаточно точно спрогнозировать срок их

Программируемые устройства Xilinx С 1984 года, когда впервые в мире Xilinx выпустила программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) с архитектурой FPGA (Field Programmable Gate Array), и по настоящее время компания является ведущим мировым производителем микросхем программируемой логики. Технологии Xilinx предоставляют возможность производителям электронного оборудования минимизировать риски за счет сокращения времени на разработку новой продукции и сроков

Платформа Capistrano для интеллектуальных электросетей

Состав установок КРМ 6(10) кВ

УКРМ комплектуется из отдельных шкафов (модулей), в каждом из которых размещается аппаратура одного функционального назначения и присоединения к сборным шинам.

В стандартный комплект поставки УКРМ входят: 

  • шкафы УКРМ в соответствии с опросным листом заказа;
  • комплект эксплуатационных принадлежностей согласно спецификации на заказ (рукоятки оперирования разъединителем, ключи для электромагнитных блокировок и ключи от дверей отсеков шкафов УКРМ);
  • комплект монтажных принадлежностей согласно рабочей документации по заказу (контрольные кабели, жгуты соединительные, сборные шины, проходные и тупиковые изоляторы сборных шин, панели под изоляторы, метизы и смазка);
  • комплект ЗИП по нормам завода-изготовителя (предохранители, метизы, краска, лампы освещения, наконечники и трубки для маркировки проводов и т.п.);
  • паспорт;
  • руководство по эксплуатации;
  • рабочая документация, содержащая принципиальные и монтажные электрические схемы главных и вспомогательных цепей, монтажные чертежи сборных шин и шин заземления, а также чертежи общего вида УКРМ.

 Типы оборудования, применяемого в УКРМ:

Наименование оборудования  Тип, марка  Предприятие-изготовитель 
Разъединители  РВЗ  Трейд Инжиниринг 
Контакторы  VSC  ABB 
  HCA  Hyudai 
  КВТ АО «НПП «Контакт»
Трансформаторы напряжения  ЗНОЛП  ПАО «СЗТТ» 
  ЗНОЛП-ЭК  Электрощит-К 
  ЗНОЛП-НТЗ  ООО «НТЗ «Волхов» 
Трансформаторы тока  ТОЛ-10, ТЛО-10  Различные 
Конденсаторные батареи  A TEFA  LIFASA 
Токоограничивающий реактор  ICR  LIFASA 
Ограничители перенапряжений  ОПН  Различные 
Контроллер   Master control VAR  LIFASA 

Конструкция шкафов УКРМ с разъединителем и кабельными вводами обеспечивает возможность подключения высоковольтных кабелей сечением до 240 мм².

По согласованию с заводом изготовителем в шкафах УКРМ возможно применение оборудования других предприятий-изготовителей.

Как правило, принципиальные схемы вспомогательных цепей УКРМ предоставляются заказчиком. При отсутствии таких схем предприятие-изготовитель может предоставить заказчику типовую схему для согласования их применения или корректировки.

Возможно выполнение схем вспомогательных цепей УКРМ по Техническому заданию Заказчика.

Монтаж вспомогательных цепей в пределах УКРМ производиться многопроволочным проводом или кабелем с медными жилами с сечением не менее 2,5 мм² для токовых цепей и не менее 1 мм² для остальных цепей.

Принципиальные и монтажные схемы вспомогательных цепей входят в состав рабочей документации УКРМ, поставляемой с заказом. 

Основное предназначение УКРМ

Установки КРМ служат для регулировки коэффициента мощности в трехфазных сетях, распределяющих переменный ток частотой 50 Гц с величиной напряжения до 400В в автоматическом режиме.

Основные условия, свойственные для эксплуатации УКРМ

  1. Температура воздуха окружающей среды от –10 до +40оС;
  2. Высота расположения над уровнем моря не должна быть выше отметки 1000 м;
  3. Установка безопасно функционирует в неагрессивной и невзрывоопасной среде, которая не содержит токопроводящую пыль и концентрированные пары, способные привести к короткому замыканию или разрушению металлов и изоляционных покрытий.

Выбор ступени регулирования УКРМ

Конденсаторная батарея (УКРМ) содержит ограниченный набор конденсаторов. Конденсаторы могут быть одинаковой или различной ёмкости и разбиты на группы. Каждая группа имеет свое коммутационное устройство (контактор) для включения в электрическую цепь. Микропроцессорный блок контроля и управления измеряет параметры текущего режима (ток и напряжение) и подбирает такое сочетание имеющихся групп конденсаторов, чтобы обеспечить требуемое значение коэффициента реактивной мощности. Очевидно, что регулирование реактивной мощности УКРМ является дискретным. Минимальная величина изменяемого значения реактивной мощности УКРМ называется ступенью регулирования ΔQКУ. Чем меньше ступень регулирования, тем более громоздким и дорогим получается УКРМ, так как увеличивается число конденсаторных групп и коммутационных устройств, но тем точнее поддерживается заданный коэффициент реактивной мощности.

Таким образом, при выборе УКРМ необходимо наряду с номинальной мощностью определить величину ступени регулирования. Ступень регулирования должна быть достаточно мала для поддержания коэффициента реактивной мощности в заданном диапазоне, см. (12), и в то же время без необходимости не увеличивала габариты и стоимость УКРМ.

Для наглядности нанесём значения QКУ, QКУ.min и QКУ.max на числовую ось Q для текущего (не расчетного) режима нагрузки в фиксированный момент времени (см. рис. 2, а).

Текущий режим нагрузки характеризуется значениями:

  • Pнагр.(Qнагр.) – активная (реактивная) мощность нагрузки;
  • cosϕнагр. – коэффициент мощности нагрузки;
  • QКУ – реактивная мощность, вырабатываемая КУ;
  • QКУ.min и QКУ.max – граничные значения реактивной мощности УКРМ для текущего режима нагрузки.

Рис. 2. Изображение реактивной мощности УКРМ в текущем режиме.

а – до переключения ступени регулирования; б – в момент переключения ступени регулирования

Значение QКУ находится между значениями QКУ.min и QКУ.max, значит коэффициент реактивной мощности tgϕВН находится в допустимом диапазоне значений. При уменьшении реактивной мощности нагрузки Qнагр. значения QКУ.min и QКУ.max начинают уменьшаться, см. (5), (16) и (17). При этом они смещаются влево на оси Q до тех пор, пока QКУ.max не достигнет значения QКУ (см. рис. 2, б). При дальнейшем снижении Qнагр. значение QКУ выходит за допустимый диапазон. В этот момент УКРМ снижает вырабатываемую реактивную мощность QКУ на величину ступени регулирования ΔQКУ до значения Q’КУ. Очевидно, что величина ступени регулирования не должна превышать разность между значениями QКУ.max и QКУ.min. Аналогичные рассуждения можно провести при увеличении реактивной мощности нагрузки Qнагр.

Итак, расчётная величина ступени регулирования компенсирующего устройства определяется по выражению:

(21)

Подставив в (21) выражения (16) и (17), получим формулу расчёта ступени регулирования УКРМ:

(22)

Выбор ступени регулирования УКРМ ΔQКУ выполняется по выражению:

(23)

Подставив (22) в (23), окончательно получим:

(24)

Из (22) видно, что расчетное значение ступени регулирования зависит от величины активной мощности нагрузки Pнагр.; при снижении Pнагр. снижается и расчетное значение ΔQКУ.р. Следовательно, если ступень регулирования выбрана по расчетной мощности нагрузки Pр.нагр., то приемлемое значение tgϕВН гарантированно будет обеспечиваться только в диапазоне расчетных (максимальных) значений нагрузок потребителей. При снижении потребляемой нагрузки Pнагр. величина ΔQКУ.р может оказаться меньше ΔQКУ, и tgϕВН выйдет за границы диапазона допустимых значений tgϕmax и tgϕmin. Во избежание этой ситуации рекомендуется производить расчет ΔQКУ.р в режиме малых нагрузок. Тогда выбранная ступень регулирования ΔQКУ по выражению (24) обеспечит поддержание tgϕВН в требуемом диапазоне в режиме и больших, и малых нагрузок.

Основы компенсации реактивной мощности

Мощность P, забираемая от электрической сети, есть произведение напряжения сети на потребляемый ток:

Это выражение действительно для синусоидальных периодических величин только тогда, когда они находятся в одной фазе (рис. 1).

Рис. 1. Активная нагрузка

Это соответствует случаю активного потребления электроэнергии, такому как лампа накаливания или электродвигатель. При таком преобразовании мощности можно говорить об активной нагрузке.

Условием для работы электродвигателей и трансформаторов является наличие электромагнитного поля. Для таких устройств используется другая часть потребляемой электроэнергии, она называется реактивной энергией Q.

За счет индуктивного сопротивления катушек индуктивности происходит сдвиг тока относительно напряжения (рис. 2).

Рис. 2. Индуктивная нагрузка

Прохождение током точки «0» сдвинуто относительно напряжения на фазовый угол φ. Так как ток свое значение изменяет во времени после напряжения, то говорится об отставании тока от напряжения по фазе (рис. 3).

Для создания магнитного поля необходим реактивный ток, поэтому электрические производственные мощности (линии электропередач, генераторы, трансформаторы и т. д.) должны быть рассчитаны на эту дополнительную часть тока, то есть на геометрическую сумму активной и реактивной составляющих (рис. 3).

Рис. 3. Сумма активной и реактивной составляющих полной мощности

При передаче тока ненужная реактивная часть должна быть по возможности малой. С другой стороны, реактивную мощность использует потребитель, поэтому ее нужно пытаться подвести не через сеть общего электроснабжения, а другим путем. В этом помогают конденсаторы (емкостные потребители), имеющие опережающий реактивный ток (рис. 4).

Рис. 4. Емкостная нагрузка

Если емкостное сопротивление равно по величине индуктивному, то действия их токов взаимно уничтожаются. Таким образом, потребляемая от энергосетей (оплачиваемая) реактивная мощность может быть снижена или вообще удалена (рис. 5).

Рис. 5. Баланс мощности

Процесс уравнивания количества энергии электрического поля (конденсатора) и магнитного поля (индуктивности) называется компенсацией реактивной мощности.

Соотношение активной мощности Pиполной мощности S показывает cosφ:

Для компенсируемой реактивной мощности получаем:

Конденсатор равной мощности Qc полностью компенсирует реактивную мощность и повысит коэффициент мощности до единицы (cosφ = 1).

На практике коэффициент мощности после компенсации в большинстве случаев находится в пределах от 0,9 до 0,99 (рис. 5).

Необходимая мощность конденсаторов определяется следующим образом:

Устройство статических конденсаторов для компенсации реактивной мощности

Основными элементами конструкции конденсаторов являются бак с изоляторами и выемная часть, состоящая из батареи секций простейших конденсаторов.

Конденсаторы единой серии напряжением до 1050 В включительно изготавливают со встроенными плавкими предохранителями, последовательно соединенными с каждой секцией. Конденсаторы более высокого напряжения не имеют встроенных плавких предохранителей и требуют отдельной их установки. В этом случае осуществляется групповая зашита конденсаторов плавкими предохранителями. При выполнении групповой защиты в виде плавких предохранителей один предохранитель защищает каждые 5—10 конденсаторов, причем номинальный ток группы не превышает 100 А. Кроме того, устанавливаются общие предохранители для всей батареи.

Для конденсаторов напряжением 1050 В и ниже, имеющих встроенные предохранители, устанавливаются также общие предохранители для батареи в целом, а при значительной мощности батареи — и для отдельных секций.

В зависимости от напряжения сети трехфазные батареи конденсаторов могут комплектоваться из однофазных конденсаторов с последовательным или параллельно — последовательным соединением конденсаторов в каждой фазе батареи.

Выводы

На практике постоянно пытаются скомпенсировать преимущества и недостатки различных технологий изготовления конденсаторов. При тщательном взвешивании технических и экономических сторон вопроса выбора нужно учитывать, что конденсаторы, производимые компанией Electronicon Kondensatoren, выпускаются с резервом по напряжению и при максимальном напряжении нагружены на 80–85% возможного расчетного напряжения

Также стоит принять во внимание свойства самовосстановления используемого диэлектрика

Обе описанные технологии изготовления конденсаторов имеют свои достоинства и недостатки

Решающими критериями при выборе являются расчет материалов, качество производства и принятие во внимание всех технических условий

Применение данных конденсаторов дает следующие выгоды: