Для компенсации реактивной мощности используют батареи конденсаторов и синхронные машины, в том числе специальные синхронные компенсаторы.
Батареи конденсаторов (БК) — это специальные емкостные КУ, предназначенные для выработки реактивной мощности. В настоящее время выпускаются комплектные конденсаторные установки (ККУ) серии УК-0,38 напряжением 380 В мощностью 110...900 квар (табл. 6.1) и серии УК-6/10 мощностью 450... 1800 квар (табл. 6.2). Оборудование ККУ размещают в шкафах вместе с аппаратурой защиты, измерения и управления (рис. 6.4, 6.5).
При отключении конденсаторы сохраняют напряжение остаточного заряда, представляющее опасность для персонала и затрудняющее работу выключателей. По условиям безопасности требуется применение разрядных устройств. В качестве разрядных устройств в ККУ на 6 (10) кВ применяют два однофазных заполненных маслом трансформатора напряжения НОМ. В ККУ на 380... 660 вместо НОМ для той же цели используют резисторы или лампы накаливания. При индивидуальной компенсации электроприемника разрядные сопротивления не требуются.
|
|
Таблица 6.1. Технические характеристики комплектных конденсаторных установок напряжением 380
Марка | Номинальная мощность, квар | Число и мощность, квар, регулируемых ступеней |
УК-0,38-110 УК-0,38-220 УК-0,38-320 УК-0,38-430 УК-0,38-540 УК-0,38-150 УК-0,38-300 УК-0,38-450 УК-0,38-600 УК-0,38-900 | ПО | 1x110 2x110 3x110 4x110 5x110 1x150 2x150 3x150 4x150 6x150 |
Примечание. Для зашиты и управления в установках используются предохранители ПН-2 и контакторы КТ-6000.
Таблица 6.2. Технические характеристики комплектных конденсаторных установок напряжением 6 (10) кВ
Измерение тока в цепи БК осуществляется тремя амперметрами (для контроля за целостью предохранителей и работой каждой фазы) и счетчиком реактивной энергии. Для автоматического отключения БК при повышении напряжения в данном узле сети сверх заданного значения и для включения при понижении напряжения предусматриваются специальные автоматические устройства.
Для анализа влияния поперечной емкостной компенсации на работу сети рассмотрим векторную диаграмму цепи (см. рис. 6.3, б) при параллельном включении приемника электроэнергии, обла-
нии по току на . На то же значение разгружаются генераторы энергосистемы благодаря генерации батареей конденсаторов реактивной мощности Qс в месте установки приемников. Кроме того, сеть и генераторы разгружаются вследствие уменьшения потерь на АРК и AQк, так как поток реактивной мощности снижается на QС.
Указанные уменьшения можно определить по формулам
где R, X — эквивалентные активное и реактивное сопротивления цепи линия —приемник электроэнергии; Uв — номинальное напряжение сети.
|
|
Для проектируемой сети снижение тока на АI позволяет уменьшить площадь сечения проводов линии на , где jэк — экономическая плотность тока. В результате уменьшения потока реактивной мощности на QС снижается и потеря напряжения в сети
Из векторной диаграммы (см. рис. 6.3, б) можно определить емкость С и реактивную мощность ()с, конденсаторов, необходимые для повышения коэффициента мощности от соsф, до желаемого значения соsф2:
где — угловая частота тока.
Основной недостаток емкостных КУ заключается в том, что при понижении напряжения в сети они снижают выдачу реактивной мощности пропорционально квадрату снижения напряжения, в то время как требуется ее повышение. Регулирование мощности БК осуществляется только ступенями, а не плавно и требует установки дорогостоящей коммутационной аппаратуры.
Синхронные машины могут генерировать и потреблять реактивную мощность, т.е. оказывать на электрическую сеть воздействие, тождественное воздействию емкостной и индуктивной нагрузок. При перевозбуждении синхронной машины генерируется реактивная составляющая тока статора, значение которой растет при увеличении тока возбуждения. Векторная диаграмма подведенного от сети напряжения и тока в статоре синхронной машины имеет тот же вид, что и диаграмма подведенного напряжения и тока в батарее конденсаторов (см. рис. 6.3, б). Перевозбужденная синхронная машина генерирует опережающий ток, подобно конденсатору.
В системах электроснабжения предприятий используются синхронные машины всех видов. Наиболее широкое применение находят синхронные двигатели (СД), которые используются в приводах производственных машин и механизмов, не требующих регулирования частоты вращения.
Синхронные генераторы (СГ) обладают, как и СД, плавным и автоматическим регулированием генерируемой реактивной мощности в функции напряжения сети. В отличие от СД передача реактивной мощности от СГ может осуществляться на значительное расстояние (даже от С Г собственных электростанций предприятий). Поэтому использование генераторов в качестве источников реактивной мощности ограничивается технико-экономическими условиями режима энергосистемы.
Синхронные компенсаторы (СК) представляют собой синхронные электрические машины, работающие в режиме двигателя без нагрузки на валу. Они предназначены специально для выработки реактивной мощности. Удельная стоимость вырабатываемой мощности, руб./квар, и удельные потери, кВт/Мвар, для СК значительно больше, чем для СД, так как удельные стоимость и потери целиком приходятся на реактивную мощность; кроме того, добавляются расходы на эксплуатацию СК. При большом дефиците реактивной мощности в точке подключения потребителей, когда требуется плавное и быстродействующее средство регулирования напряжения, оказывается выгодным ввод СК. При наличии резкопеременной реактивной нагрузки зона применения СК расширяется.
К недостаткам СК относятся:
повышенные потери активной мощности;
большие масса и вибрация, из-за чего СК необходимо устанавливать на массивных фундаментах;
необходимость применения водородного или воздушного охлаждения с водяными охладителями;
необходимость постоянного дежурства эксплуатационного персонала на подстанциях с синхронными компенсаторами;
невозможность (в отличие от БК) наращивания мощности в процессе роста нагрузок.