Автоматическое регулирование мощности конденсаторных установок - Компенсация реактивной мощности

Основными потребителями электроэнергии на промышленных предприятиях являются индуктивные приемники, главным образом асинхронные электродвигатели и трансформаторы. Для работы этих приемников требуется создание переменного магнитного поля, для чего необходим намагничивающий (реактивный ток). Поэтому в электросетях переменного тока кроме активной мощности, необходимой для обеспечения работы электроприемников, происходит передача реактивной мощности. Покрытие реактивной, как и активной мощности осуществляется генераторами электростанций.
Для экономического режима работы системы электроснабжения необходимо стремиться к уменьшению передаваемой реактивной мощности по электросетям как путем улучшения режима работы электроприемников, упорядочения технологического процесса и др., так и путем установки специальных компенсирующих устройств. К основным компенсирующим устройствам относятся конденсаторы для повышения коэффициента мощности, синхронные компенсаторы, синхронные двигатели, выпрямители с опережающим углом сдвига фаз тока относительно напряжения, новые статические управляемые компенсирующие устройства (вентильные и ферромагнитные) и др.
В настоящей книге рассматриваются не все мероприятия по компенсации реактивной мощности, а только вопросы использования конденсаторных установок, подключаемых параллельно элементам электросетей. Применение конденсаторных установок не только дает возможность повысить степень компенсации реактивной мощности до требуемой величины и уменьшить потери электроэнергии в элементах сети электроснабжения, но является наряду с другими мероприятиями средством регулирования напряжения в различных точках электросети и повышения качества электроэнергии.
При включении конденсаторной установки параллельно с электроприемником (рис. 1), имеющим недостаточно высокий коэффициент мощности, результирующий угол сдвига фаз ф2, как видно из векторной диаграммы, будет меньше угла сдвига фаз ф i электроприемника и реактивная слагающая тока /2 в неразветвлеиной цепи, представляющая собой геометрическую сумму токов конденсаторной установки / с и реактивной составляющей тока /1 электроприемника, также будет меньше, а коэффициент мощности будет выше. Таким образом, присоединение конденсаторной установки параллельно с электроприемником повышает его коэффициент мощности.

Рис. 1. Схема и векторная диаграмма электрической цепи с конденсаторной установкой.
Реактивная мощность трехфазной конденсаторной установки, соединенной треугольником, определяется по формуле, кВАр:
где— угловая частота; С — суммарная емкость
всех трех фаз установки, мкФ; U — линейное напряжение, кВ.
Например, реактивная мощность трехфазной конденсаторной установки напряжением 6,3 кВ, соединенной треугольником и состоящей из 24 конденсаторов емкостью 2 мкФ каждый, составит: Q = 314 - 2 - 24 • 6,3- 10-3 « 600 кВАр.
При соединении трехфазной конденсаторной установки звездой реактивная мощность ее равна, кВАр:

где С—сумма емкостей всех трех фаз, мкФ.
Из формулы видно, что соединение треугольником позволяет получить от конденсаторов одной и той же
емкости в 3 раза большую мощность, чем соединение звездой. Это следует из того, что с переходом к соединению треугольником напряжение на каждой фазе конденсатора повышается в отношении 1,73 раза, а мощность конденсатора пропорциональна квадрату напряжения сети. Необходимо иметь в виду, что потребность энергетической системы в реактивной мощности уменьшается при повышении уровня напряжения и увеличивается при его снижении. Особенно резко это сказывается при кратковременных снижениях напряжения в энергетической системе — при авариях, когда уменьшение реактивной мощности, вырабатываемой конденсаторами, отрицательно отражается на устойчивости электроснабжения.
Низкий коэффициент мощности при одной и той же активной мощности приводит к повышению тока, а следовательно, и к увеличению потери напряжения, что вызывает отклонение напряжения от номинального значения в системе электроснабжения и ухудшает режим работы электроприемников. Напряжение в электрической сети можно повысить, если подключить к ней компенсирующее устройство.
Например, при подключении к сети электроприемников напряжением 6 кВ конденсаторной установки мощностью 600 кВАр при реактивном сопротивлении сети от данной точки до источника питания * « 2,4 Ом (при расчетах достаточно учитывать сопротивление только элемента сети, ближайшего к установке) напряжение в сети повысится на
или
Поскольку проблема компенсации реактивной мощности имеет народнохозяйственное значение, разработаны новые указания по компенсации реактивной мощности [1], в основу которых заложены принципиально новые положения с точки зрения проектирования, монтажа и эксплуатации компенсирующих устройств. Выбор средств компенсации реактивной мощности должен производиться одновременно с выбором всех элементов питающей и распределительной сетей для нормального и послеаварийного режимов работы; при этом должна
обеспечиваться наибольшая экономичность при соблюдении всех технических ограничений.
Критерием экономичности при выборе источников реактивной мощности и мест их размещения является минимум приведенных затрат на оборудование (коммутационная аппаратура, устройства регулирования и т. п.), установки компенсирующего устройства и оплату потерь электрической энергии в питающих и распределительных сетях. Повышение степени компенсации реактивной мощности приводит также к снижению установленной мощности генераторов электростанций, трансформаторов, уменьшению сечений проводов и кабелей и т. п. Выбор средств компенсации реактивной мощности следует производить для каждой проектируемой электроустановки отдельно, исходя из конкретных условий ее работы, учитывая при этом, что наибольший экономический эффект достигается при их размещении как можно ближе к электроприемникам потребляющим реактивную мощность.
Распределять конденсаторные установки на разных ступенях электроснабжения промышленного предприятия следует на основании технико-экономических расчетов. Место установки регулируемых конденсаторных •установок в сетях напряжением до 1000 В должно определяться с учетом требований регулирования напряжения сети или регулирования реактивной мощности При составлении баланса реактивной мощности по узлам сети в нормальных режимах ее работы следует учитывать возможность увеличения потребления реактивной мощности при регулировании напряжения, для чего необходимо предусматривать резерв реактивной мощности в узлах этих сетей.