Компенсация реактивной мощности

БАТАРЕИ КОНДЕНСАТОРОВ

Батареи конденсаторов (БК) являются нерегулируемыми или ступенчато регулируемыми ИРМ. Батарею разделяют на секции, каждую из которых следует подключать через отдельный коммутационный аппарат. БК способны только генерировать Q. Генерация Q_ген батарей конденсаторов емкостью С, подключенной к электрической сети напряжением U, составляет

Квадратичная зависимость генерируемой Q ведет к тому, что при снижении напряжения, например на 10%, генерация Q уменьшается на 19%. Режим с понижением напряжения в сети характеризуется дефицитом Q, который еще более возрастает из-за уменьшения ее генерации батареями конденсаторов. БК чувствительны к несинусоидальности напряжения в сети. При несинусоидальном U конденсаторы перегружаются токами высших гармоник, что приводит к сокращению срока их службы. БК могут увеличивать несинусоидальность напряжения в сети из-за возможности резонанса токов на одной из высших гармоник.

Несмотря на отмеченные недостатки БК, на промышленных предприятиях они получили наибольшее распространение как ИРМ. Основными их достоинствами являются:

- незначительные потери активной мощности, составляющие порядка 4,5 кВт/МВАр для U до 1 кВ и 2,5 кВт/МВАр для U = 6-10 кВ;

- отсутствие вращающихся частей, шума при работе, сравнительно малая масса установки с конденсаторами и в связи с этим отсутствие необходимости в фундаменте;

- более простая и дешевая эксплуатация, чем других ИРМ;

- возможность увеличения или уменьшения установленной мощности в зависимости от потребности;

- возможность установки в любой точке сети: у отдельных ЭП, на 2-5 ступенях. Кроме того, выход из строя отдельного конденсатора, при надлежащей его защите, обычно не отражается на работе всей конденсаторной установки.

Зависимость мощности БК от квадрата напряжения сети снижает устойчивость нагрузки, а при особо неблагоприятных условиях это может привести к лавине напряжения. Особенностью узлов нагрузки, в которых это возможно, является преобладание в них загруженных АД и преобразовательных агрегатов, потребность которых в Q покрывается за счет БК. Для предотвращения этого явления может быть применена форсировка мощности конденсаторной установки (КУ), которая производится автоматическим изменением схемы соединения конденсаторов в установке.

Статические конденсаторы классифицируются по следующим признакам: U_н,числу фаз, роду установки, виду пропитки изоляции, габаритным размерам. Конденсаторы U_н = 220-660 В выпускаются как однофазными, так и трехфазными (соединение секций в треугольник), а конденсаторы
U_н = 1050 В и выше (до 10,5 кВ) только в однофазном.

По роду установки конденсаторы всех U_н могут изготавливаться как для наружных, так и для внутренних установок. Конденсаторы для наружных установок изготавливаются с внешней изоляцией (выводами) на U_н ³ 3150 В. По виду пропитки конденсаторы разделяются на конденсаторы с пропиткой минеральным (нефтяным) маслом и конденсаторы с пропиткой синтетическим жидким диэлектриком (соволом или трихлордифенилом).

Конденсаторы единой серии U_н £ 1050 В изготавливаются со встроенными плавкими предохранителями, последовательно соединенными с каждой секцией. Конденсаторы большего напряжения не имеют встроенных предохранителей и требуют отдельной их установки.

БК в установках с U_н £ 1 кВ подключаются к сети с помощью автоматов или рубильников. БК в установках с U_н > 1 кВ подключаются к сети посредством выключателей или выключателей нагрузки. В целях экономии на аппаратах защиты не рекомендуется применять мощности БК менее:
400 кВАр при U_н = 6-10 кВ и присоединении БК к отдельному выключателю; 100 кВАр при U_н = 6-10 кВ и присоединении БК к общему с трансформатором или ЭП выключателю.

Для безопасности обслуживания отключенных БК при снятии электрического заряда требуется применение разрядных сопротивлений, присоединенных параллельно конденсаторам. Разрядные сопротивления могут быть встроенными внутрь конденсатора или внешними. В качестве разрядных сопротивлений в БК с напряжением 220 В применяются лампы накаливания в каждой фазе по две последовательно включенных лампы, а в БК с U_н = 6-10 кВ - однофазные трансформаторы напряжения (НОМ-6 или НОМ-10). Схема присоединения БК к шинам U_н = 0,4 кВ и U_н = 6-10 кВ приведена на рис. 6.8.

Реактивная мощность Q однофазного конденсатора или трехфазного конденсатора с соединением фаз в треугольник равна:

где C - сумма емкостей трех фаз для трехфазного конденсатора (МкФ);

U - напряжение сети в месте присоединения БК (В).

В зависимости от места подключения конденсаторных установок компенсация может быть разделена на индивидуальную, групповую и централизованную.

в

б

а

Индивидуальная компенсация - КУ наглухо подсоединяется к выводам ЭП (УР1). В этом случае вся электрическая цепь от ИП до ЭП разгружается от реактивного тока. Недостаток этого способа - КУ используется только во время работы электроприемника.

Групповая компенсация осуществляется подключением КУ к распределительным шкафам или шинопроводам цеховой сети (рис. 6.9). Такая компенсация применяется в цехах, среда которых не агрессивна и не опасна по пожару и взрыву. В противном случае КУ размещаются в отдельном помещении и такая компенсация называется централизованной.

При централизованной компенсации КУ подключаются к шинам 0,4 кВ ТП (УР3) или к шинам распределительного пункта напряжением 6-10 кВ (КУ, СД, УР4-5) и используются наиболее полно. Однако при этом не разгружается от реактивного тока электрическая сеть от РП (РУ-6-10 кВ) до ЭП.

Рассмотрим на конкретной схеме цеховой сети распределение мощности КУ.

Распределение мощности конденсаторных установок в цеховой сети
напряжением до 1 кВ

С целью дальнейшего снижения потерь в сетях для каждой цеховой трансформаторной подстанции (ТП) рассматривается возможность распределения ранее найденной низковольтной БК (НБК) в ее сети с учетом технических возможностей подключения отдельных батарей.

Если распределительная сеть выполнена только кабельными линиями (без шинопроводов), то ККУ любой мощности рекомендуется присоединять непосредственно к шинам цеховой ТП с использованием соответствующего автоматического выключателя. При питании от одного трансформатора двух и более магистральных шинопроводов к каждому из них присоединяется только по одной НБК (рис. 6.10). Общую расчетную мощность батарей распределяют между шинопроводами пропорционально их суммарной реактивной нагрузке.

Для схем с магистральными шинопроводами и единичной мощностью комплектных конденсаторных установок до 400 кВАр они подключаются к ШМА без дополнительной установки отключающего аппарата (ввиду установки последнего в комплекте ККУ), а при мощности более 400 кВАр - через отключающий аппарат с выполнением требований ПУЭ.

На одиночном магистральном шинопроводе предусматривают установку не более двух близких по мощности ККУ суммарной мощностью

Если основные реактивные нагрузки шинопровода присоединены ко
2-й его половине, следует устанавливать только одну НБК. Точку ее подключения определяют из условия

(6.8)

где Q_n, Q_n+1 - наибольшие реактивные нагрузки шинопровода соответственно перед узлом n и после него (рис. 6.9,а,б).

При присоединении к шинопроводу двух НБК точки их подключения находят из следующих условий:

- точка подключения дальней НБК (рис. 6.9,б)

(6.9)

- точка подключения ближней к трансформатору НБК (рис. 6.10,б)

(6.10)

П р и м е р. Определить место присоединения конденсаторных установок к магистральным шинопроводам при указанных на рис.6.10 реактивных нагрузках (в кВАр) на различных участках шинопроводов (показаны стрелками). Суммарная мощность ККУ, подлежащая распределению между шинопроводами, = 800 кВАр, на каждом шинопроводе предусмотрена установка одной ККУ. Имеется три ККУ - две по 300 кВАр и одна 200 кВАр.

Р е ш е н и е:

1. Распределяем три ККУ между ШМА пропорционально их нагрузкам. Так как нагрузки 1 ШМА и 2 ШМА больше, то к ним намечаем присоединить ККУ по 300 кВАр, а к 3 ШМА - 200 кВАр.

2. Определяем место присоединения ККУ к шинопроводам по условию (6.8). Рассмотрим для примера 1 ШМА.

Для 1 ШМА = 300/2 = 150 кВАр. Проверяем последовательно (6.8) для разных узлов 1ШМА:

узел 1 - 520> 150 <395 - условие не выполняется;

узел 2 - 395> 150 <195 - условие не выполняется;

узел 3 - 195 >150 <100 - условие выполняется;

узел 4 - 100 <150 >100 - условие не выполняется;

узел 5 - 60 <150 > 0 - условие не выполняется.

Следовательно, ККУ должна быть подключена, согласно условию (6.8), в точке 3.

Аналогично определяются узлы присоединения НБК к 2 ШМА и
3 ШМА (для 2 ШМА - узел 3, для 3 ШМА - узел 4).