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. технические характеристики комплектных конденсаторных установок напряжением 380 В) и серии УК-6/10 мощностью 450... 1800 квар (табл. технические характеристики комплектных конденсаторных установок напряжением 6 (10) кВ). Оборудование ККУ размещают в шкафах вместе с аппаратурой защиты, измерения и управления (рис. 1, 2).
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.
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.
Рис. 1. Комплектная конденсаторная установка на напряжение 380 В мощностью 110 квар:
1 — амперметр; 2 — вольтметр; 3 — предохранитель; 4 — контактор; 5 — панель управления; 6 — трансформатор тока; 7 — заземляющий болт; 8 — конденсатор
Рис. 2. Комплектная конденсаторная установка на напряжение 6 (10) кВ мощностью 450 квар:
1 — конденсаторы; 2 — предохранитель; 3 — шины; 4 — трансформатор напряжения НОМ
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. 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 СГ 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 синхронные компенсаторы 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.
