Конденсаторные установки для повышения коэффициента мощности - Последовательность расчетов по выбору мощностей и мест присоединения

5-5. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТОВ ПО ВЫБОРУ МОЩНОСТЕЙ КОНДЕНСАТОРНЫХ УСТАНОВОК И МЕСТ ПРИСОЕДИНЕНИЯ ИХ К ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СЕТЯМ
Конечной целью установки силовых конденсаторов является улучшение технико-экономических показателей электрической системы путем уменьшения реактивных нагрузок электрических сетей и электростанций. Поэтому выбор мощностей конденсаторных установок и размещение их в электрических сетях должны производиться с учетом влияния принимаемых решений на работу всей той части электрической системы, на которую распространяется эффект от установки конденсаторов. При этом следует выбирать мощности конденсаторных установок не для нескольких только точек системы, а в порядке проектирования повышения коэффициента мощности всей электрической системы или больших участков ее, например сетевых районов.
Решения в отношении установки компенсирующих устройств (конденсаторных батарей и синхронных компенсаторов) и режима их работы должны приниматься и осуществляться независимо от того, к какой сети — электроснабжающей организации или абонента — будет присоединено компенсирующее устройство. Только в этом случае будут обеспечены наиболее эффективные решения.
В основе мероприятий по повышению коэффициента мощности электрических систем должны лежать разработанные по заданиям электроснабжающих организаций проекты повышения коэффициента систем или сетевых районов. В этих проектах должны быть выбраны:
места установки, типы и мощности компенсирующих устройств, подлежащих установке в сетях электроснабжающей организации;
суммарные мощности компенсирующих устройств, подлежащих установке у каждого из потребителей электроэнергии (на промышленных предприятиях и т. д.), пли же необходимые значения коэффициента мощности на вводе к каждому потребителю.
На основе этих данных должно производиться проектирование повышения коэффициента мощности отдельных потребителей.
При разработке проектов повышения коэффициента мощности компенсирующие устройства должны рассматриваться не только как средство для уменьшения потерь мощности и энергии в сетях, но и как средство для регулирования напряжения и увеличения пропускной способности сетей. Мероприятия по повышению коэффициента мощности должны, кроме того, рассматриваться в связи с другими мероприятиями по уменьшению потерь и регулированию напряжения в сети, например применением трансформаторов с регулированием напряжения под нагрузкой, выбором наиболее экономичного режима работы синхронных генераторов и т. п. Только при этом условии обеспечиваются наиболее экономичные и эффективные решения в отношении улучшения технико-экономических показателей электрической системы.
К сожалению, методика такого комплексного проектирования повышения коэффициента мощности целых сетевых районов или электрических систем еще недостаточно разработана и такие проекты выполнялись пока только в единичных случаях. Поэтому при проектировании повышения коэффициента мощности отдельных потребителей, например промышленных предприятий, приходится обычно исходить из задания электроснабжающей организации, основанного на менее подробном исследовании вопроса.
В любом случае это задание формулируется обычно как то значение средневзвешенного коэффициента мощности на вводе к абоненту, которое должно быть достигнуто в результате проведения мероприятий по повышению коэффициента мощности. Это значение вместе с данными об электрических нагрузках предприятия кладется в основу расчета суммарной мощности компенсирующих устройств, подлежащих установке у данного абонента.

Рекомендуемые значения средневзвешенного коэффициента мощности на шинах 6—10 кВ абонентских подстанций в зависимости от схемы питания потребителя приведены в «Руководящих указаниях по повышению коэффициента мощности» [Л. 26]. Эти значения составляют:
0,85 — при питании потребителей от генераторов электростанций на генераторном напряжении;
0,93 — при питании от районных сетей 110—220 кВ и от сетей 35 кВ, питающихся от электростанций;
0,95 — при питании от сетей 35 кВ, питающихся от районных сетей 110—220 кВ.
Таким образом, рекомендуемые значения коэффициента мощности возрастают по мере удаления потребителя от источника реактивной мощности.
Ниже изложена общая последовательность расчетов по выбору мощностей конденсаторных установок и мест присоединения их к сетям, соответствующая передовой проектной практике. При этом предполагается, что при проектировании силового электрооборудования уже использованы все возможности для применения синхронных двигателей и выбраны номинальные данные последних, а в расчете нагрузок учтены реактивные мощности, отдаваемые этими двигателями. Тогда расчеты, относящиеся к конденсаторным установкам, производятся в указанной ниже последовательности;

1. Определяется количество WР реактивной энергии, на которое должно уменьшиться потребление ее предприятием, чтобы средневзвешенный коэффициент мощности достиг заданного значения:

где Wа — потребление активной энергии предприятием, квт-ч/год·,
tg φ1 — тангенс, соответствующий исходному значению средневзвешенного коэффициента мощности за год;
tg φ2 — тангенс, соответствующий заданному значению средневзвешенного коэффициента мощности.

1. Выбирается тип компенсирующих устройств. Обычно этот вопрос решается для промышленных предприятий без каких-либо дополнительных расчетов в пользу силовых конденсаторов. Только, при большой мощности компенсирующего устройства (согласно Руководящим указаниям больше 10 000 кВАр) допускается рассмотрение второго варианта — установки синхронного компенсатора (§ 5-2).
2. Намечается годовое число часов использования Тб конденсаторных батарей на основе графика их работы или других данных.
3. Определяется суммарная мощность конденсаторных батарей по формуле
4. Путем технико-экономического расчета определяется суммарная мощность Qб.н конденсаторов, подлежащих установке в сети низшего напряжения.
5. Определяется суммарная мощность Qб.в конденсаторов, подлежащих установке в сети высшего напряжения, как разность:
6. На основе технико-экономического расчета или упрощенных соображений производится размещение конденсаторов в сетях.

Результатом этих расчетов являются данные о том, в каких точках сетей должны быть присоединены конденсаторные установки и каковы должны быть мощность, напряжение и режим работы каждой из них. Эти данные служат заданием для последующего проектирования схем соединений и конструкций отдельных конденсаторных установок.
«Руководящие указания по повышению коэффициента мощности» упрощают приведенную выше методику выбора суммарной мощности компенсирующих устройств, рекомендуя находить ее по формуле

где Рср — среднегодовая активная нагрузка предприятия, квт.
Эта величина определяется путем деления годового потребления электрической энергии в киловатт-часах на:
4 000 ч—для предприятий, работающих в две смены;
6 000 ч — для трехсменных предприятий;
8 000 ч — для предприятий, работающих непрерывно. Для вновь проектируемых предприятий Рср определяется на основе расчета нагрузок.
 
Те же Руководящие указания рекомендуют:

1. не устанавливать батарей 6—10 кВ единичной мощностью менее 400 кВАр в случае присоединения конденсаторов с помощью отдельного выключателя и менее 100 кВАр — в случае присоединения их через общий выключатель с силовым трансформатором, асинхронным электродвигателем или другим приемником реактивной мощности;
2. размещать конденсаторные батареи напряжением 220—500 В у групповых распределительных пунктов, не применяя при этом батарей мощностью менее 30 кВАр.