Потери энергии в силовом конденсаторе складываются из:
потерь в диэлектрике между обкладками, обусловленных главным образом поляризацией диэлектрика в переменном электрическом поле;
потерь на джоулево тепло в токоведущих частях конденсатора, а именно — в обкладках, во вкладышах секций, в соединительных проводниках между вкладышами и выводными изоляторами, в токоведущих стержнях выводных изоляторов и в контактных соединениях между этими элементами цепи.
При наличии в конденсаторе встроенных или пристроенных разрядных сопротивлений (в некоторых зарубежных конструкциях) в общую сумму потерь в токоведущих частях конденсатора входят также потери в сопротивлениях.
Если в дефектном конденсаторе возникает ионизация диэлектрика, то потери в последнем увеличиваются на потери от ионизации.
Наибольшую величину имеют потери, обусловленные поляризацией диэлектрика. Поэтому обычно не отличают диэлектрические потери от полных потерь, включающих и потери в токоведущих частях; при измерении потерь в конденсаторе учитываются фактически полные потери.
Диэлектрические потери характеризуются тангенсом угла диэлектрических потерь tg δ, т. е. отношением активной составляющей Iа тока, протекающего через диэлектрик, к его реактивной составляющей Ip (рис. 2-3). Для ясности чертежа угол δ на рис. 2-3 показан примерно в 40 раз больше, чем его фактическое значение в силовых конденсаторах (в исправном конденсаторе tg δ равен около 0,003 и угол δ — около 10').
Тангенс угла полных потерь в конденсаторе численно равен отношению суммарной активной мощности всех видов потерь к реактивной мощности конденсатора, т. е. удельным потерям, выраженным в киловаттах на 1 кВАр реактивной мощности конденсатора. Значения tg δ в силовых конденсаторах не нормируются ГОСТ 1282-58 и рекомендациями МЭК. Действительное значение tg δ для каждого отдельного конденсатора измеряется при выпуске его с завода-изготовителя (§ 1-6).
Тангенс угла полных потерь в силовых конденсаторах типа КМ (с бумажно-масляным диэлектриком), измеренный при частоте 50 Гц и температуре в пределах от +15 до +35° С, не превышает 0,0045 для конденсаторов номинальным напряжением до 500 В и 0,003 для конденсаторов напряжением 1 050 В и выше [Л. 25].
Для надежности работы конденсатора необходимо не только малое значение tg δ, но и стабильность его при наивысших рабочих температурах диэлектрика между обкладками. В противном случае увеличение tg δ вызывает дальнейшее повышение температуры диэлектрика, что постепенно приводит к пробою последнего.
При изменениях температуры диэлектрика, происходящих во время эксплуатации исправных силовых конденсаторов, тангенс угла потерь конденсаторов, пропитанных минеральным маслом, изменяется очень мало, а в конденсаторах, пропитанных хлорированным дифенилом, наблюдается резко выраженный максимум tg δ при температуре несколько ниже 0°С (§ 1-4).
При изменениях уровня синусоидального напряжения на зажимах конденсаторов угол потерь остается практически неизменным при обоих видах пропитывающего материала. Поэтому удельные потери в конденсаторе не зависят от эксплуатационных колебаний напряжения сети, но полные потери пропорциональны квадрату напряжения.
Можно считать также, что при загрузке конденсатора высшими гармониками тангенс угла потерь имеет одно и то же значение для всех практически возможных частот гармоник и, следовательно, мощность потерь в конденсаторе остается пропорциональной его реактивной мощности, равной сумме реактивных мощностей всех гармоник (§ 2-5).
Удельные потери в силовых конденсаторах не зависят также от номинальной мощности конденсатора. Этим конденсаторы существенно отличаются от электрических машин и трансформаторов, где удельные потери уменьшаются с увеличением номинальной мощности оборудования. Независимость удельных потерь, а также удельных затрат бумаги и фольги от мощности конденсатора приводит к тому, что увеличение мощности конденсаторов сравнительно мало улучшает их технико-экономические показатели.
Потери энергии в комплектной конденсаторной установке складываются из:
потерь энергии в конденсаторах;
потерь во вспомогательном оборудовании, главным образом в разрядных сопротивлениях и плавких вставках предохранителей (при наличии последних);
потерь в ошиновке и контактах конденсаторной установки.
Вторая и особенно третья составляющие значительно меньше потерь в конденсаторах, и поэтому при расчете потерь энергии в конденсаторной установке можно учитывать только потери в конденсаторе. Расчет теряемой мощности ΔΡ производится по выражению
где ΔΡ0 — численно равное tg δ значение удельных потерь для данного типа конденсаторов, квт./кВАр", Q — реактивная мощность конденсаторной установки, кВАр.
Рис. 2-3. Векторная диаграмма тока и напряжения для конденсатора.
Например, мощность потерь в конденсаторной батарее 6,3 кВ, 600 кВАр при удельных потерях 3 вт/кВАр равна:
Потери энергии в нерегулируемой конденсаторной установке за определенный промежуток времени равны:
где t — продолжительность включения установки за тот же промежуток времени, ч.
Отсюда можно найти количество тепла, выделившегося в конденсаторной установке за время t (требуется для расчета вентиляции конденсаторного помещения):
Если мощность конденсаторной батареи в течение расчетного промежутка времени значительно изменяется вследствие регулирования, то приведенное выше выражение для А1Еа дает неточные результаты и следует пользоваться выражением
где Wp — выработка реактивной энергии батареей за расчетный промежуток времени, кВАр-ч.
Вследствие независимости удельных потерь от мощности конденсаторной установки они остаются постоянными при ее регулировании.
