Конденсаторная установка представляет собой скомпонованную в виде отдельной конструктивной единицы группу соединенных но определенной схеме конденсаторов, оборудованную регулирующей, коммутирующей, защитной и сигнализационной аппаратурой. В сетях промышленных предприятий конденсаторные установки могут выполнять различные функции (создание симметричного режима, регулирование напряжения и т. д.), но основным их назначением является компенсация реактивной мощности [ 19.3 ]. Способы компенсации показаны на рис. 19.3. Наиболее выгодный способ компенсации определяется конкретными условиями данного предприятия, и его выбор производится на основании технико-экономических расчетов. Как правило, компенсация должна производиться в той же сети (на том же напряжении), к которой подключен потребитель, что обеспечивает минимальные потери.
Рис. 19.3. Способы компенсации реактивной мощности в сетях промышленных предприятий:
а— централизованный на стороне высшего напряжения: б — то же на стороне низшего напряжения;
Установки могут быть регулируемыми, т. е. состоящими из нескольких ступеней, подключаемых по мере необходимости, нерегулируемыми и комбинированными, т. е. содержащими регулируемую и нерегулируемую части.
При выборе мощности конденсаторной установки и места размещения ее в распределительной сети должны учитываться:
а) номинальное напряжение сети и его допустимые колебания;
б) графики потребляемой реактивной мощности и характеристики основных потребителей; в) отключающая способность коммутационной аппаратуры; г) возможность возникновения резонансных явлений; д) экономический эффект от ее использования; е) применение автоматического регулирования мощности установки; ж) потребность в реактивной мощности не только в системе в целом, но и для всего района с учетом необходимого резерва; з) возможность регулирования напряжения с помощью трансформаторов с регуляторами напряжения под нагрузкой и конденсаторной установки; и) номенклатура выпускаемых промышленностью комплектных конденсаторных установок. Размещение конденсаторных установок наиболее выгодно вблизи мест потребления реактивной мощности.
Схемы соединения конденсаторов в фазе конденсаторной установки зависят от ее номинального напряжения. Конденсаторы с номинальным напряжением ниже 1000 В выпускаются только трехфазными с соединением фаз треугольником. Поэтому конденсаторные установки на эти напряжения могут быть выполнены только трехфазными с соединением фаз треугольником. Конденсаторы на номинальное напряжение от 1 до 10 кВ выпускаются, как правило, однофазными, и соединение их в установке на соответствующее номинальное напряжение может быть как звездой, так и треугольником с параллельным соединением конденсаторов в фазе с предохранителями индивидуальной или групповой защиты конденсаторов. В установках на номинальное напряжение свыше 10 кВ соединение фаз производится звездой со смешанным соединением конденсаторов в фазе (рис. 19.4).
В осветительных и силовых сетях низкого напряжения (220 и 380 В) применяются, как уже отмечалось выше, главным образом трехфазные установки; однофазные установки применяются только для индивидуальных однофазных приемников. В осветительных сетях они обычно подключаются непосредственно (без выключателя) после выключателя осветительной сети (рис. 19.5, а). В силовых сетях трехфазные установки могут подключаться как непосредственно, через общий с приемником выключатель, так и через отдельный выключатель к шинам распределительных щитов напряжением 380 В (рис. 19.5,б — д).
Рис. 19.4. Схемы соединения конденсаторных установок
Рис. 19.5. Схемы присоединения установок к сети 380 В:
а, б— с общим выключателем; в— с рубильником и предохранителем; г— с предохранителем и контактором; д — с автоматическим выключателем
В трехфазных установках па напряжения 3, 6 и 10 кВ основной схемой соединения фаз является треугольник с параллельным соединением конденсаторов в фазе (рис. 19.6, а).
Если конденсаторные установки на эти напряжения комплектуются из однофазных конденсаторов с номинальными напряжениями 660 и 1050 В, то применяется смешанное соединение их в фазе, выполняемое обычно в виде звезды или двойной звезды (рис. 19.6. б, в). Поскольку при соединении звездой один из выводов конденсатора может соединяться с землей, для комплектования этих установок могут применяться конденсаторы с одним изолированным выводом. В более мощных конденсаторных установках или при необходимости регулирования их мощности применяются секционированные схемы с разделением их на ступени, как показано на рис. 19.7.
Параметры коммутирующей аппаратуры и защита конденсаторных установок выбираются с учетом того, что коммутация может происходить при наличии уже включенных ранее и работающих параллельно с коммутируемой установок или ступеней. В этом случае амплитуда переходного тока существенно больше, чем при коммутации одиночной установки при отсутствии параллельно включенных. При отключениях на конденсаторах или установках возможны перенапряжения, связанные с повторным зажиганием дуги между контактами коммутирующего аппарата. В процессе отключения, после гашения дуги в коммутирующем аппарате (выключателе), напряжение на конденсаторе (установке) остается неизменным, близким к амплитуде приложенного напряжения, поскольку гашение тока батареи в выключателе происходит в момент прохождения его через нуль, что соответствует прохождению напряжения на установке через максимум, а время разряда установки, составляющее сотни и более секунд, значительно больше периода промышленной частоты. В дальнейшем напряжение сети продолжает изменяться но синусоидальному закону и через половину периода достигает между контактами выключателя двойного амплитудного значения напряжения сети. При повторном пробое (зажигании дуги) между контактами выключателя на отключаемой установке возникают трехкратные перенапряжения. Дальнейшее увеличение числа повторных зажигании между контактами выключателя может увеличить кратность перенапряжений. Поэтому для ограничения перенапряжений в конденсаторных установках целесообразно использовать коммутационные аппараты, не имеющие повторных зажиганий дуги. При переходном процессе возникают также броски тока, значительно превосходящие номинальный ток установки.
После отключения от сети на конденсаторах установки в течение довольно длительного времени сохраняется напряжение, равное мгновенному значению напряжения сети в момент отключения. Эго напряжение и соответствующий ему заряд могут представлять опасность для обслуживающего персонала. Поэтому должны применяться специальные меры для быстрого снижения напряжения до безопасного значения. При использовании конденсаторов со встроенными разрядными сопротивлениями их разряд происходит через эти сопротивления.
Рис. 19.6. Схемы присоединения установок к сети 3-10 кВ:
а — с выключателем и конденсаторами со встроенными разрядными сопротивлениями: б — с выключателем и трансформаторами напряжения для разрядки; в —двойной звездой с выкатным выключателем
Рис. 19.7. Схемы двухсекционной установки на напряжение 6—10 кВ с тремя ступенями в каждой секции
Если конденсаторы не имеют внутренних разрядных сопротивлений, разрядные устройства должны быть предусмотрены в схемах установки, как показано на рис. 19.8.
Рис. 19.8. Схемы устройств для разрядки установок:
а—с помощью разрядных резисторов при U 1000 В; б — с помощью трансформаторов напряжения при U > 1000 В
Для установок напряжением до 1000 В в качестве разрядных устройств рекомендуется применять резисторы (рис. 19.8, а), свыше 1000 В — однофазные трансформаторы напряжения или индуктивные сопротивления (рис. 19.8, б), включаемые по схеме открытого треугольника. При секционировании установок для многоступенчатого регулирования каждая секция или ступень с отдельным выключателем должна иметь свое разрядное устройство.
Наиболее экономичный режим работы сети может быть достигнут регулированием мощности конденсаторной установки, осуществляемым подключением или отключением всей установки или ее ступеней. Наиболее эффективно ступенчатое регулирование. Число ступеней регулирования определяется по усредненным графикам нагрузки. Батареи конденсаторов могут быть использованы также как средство регулирования напряжения в точке присоединения. Регулирующий эффект или процентное изменение напряжения при включении одной ступени равно:
(19.1)
где б — реактивная мощность ступени, квар; UHОМ— номинальное напряжение сети, кВ; Х3— эквивалентное реактивное сопротивление элементов сети, ближайших к установке, Ом. Максимальные ступени увеличения напряжения при включении установки во избежание его резких колебаний не должны превосходить 1 — 2% номинального. Обычно число ступеней составляет от 3 до 5.
Рис. 19.9. Схемы автоматического регулирования мощности установок: а— одноступенчатая; б,в— многоступенчатые с переключением ступеней о бестоковую паузу; В— выключатель; П—переключатель; АР— автоматический регулятор
Регулирование может быть ручным, осуществляемым обслуживающим персоналом, и автоматическим. Наиболее гибким и удобным является автоматическое регулирование, при котором осуществляется непрерывное слежение за регулируемым параметром или параметрами (при регулировании по нескольким параметрам одновременно) и воздействие на него при его отклонении от заданного значения подключением или отключением ступеней конденсаторной установки. Принципиальные схемы подключения к сети установок с автоматическим регулированием показаны на рис. 19.9. Регулирование может производиться по следующим параметрам: по напряжению, по значению и направлению реактивной мощности, по времени суток, по току нагрузки, по коэффициенту мощности, по изменению температуры, по нескольким параметрам одновременно. Параметр, по которому должно производиться регулирование, зависит от характеристик сети и определяется потребителем.
Конструкция установки должна соответствовать требованиям ПУЭ и обеспечивать отвод выделяемого в конденсаторах тепла. Промышленностью выпускаются комплектные конденсаторные установки, представляющие собой в большинстве случаев набор закрытых металлических шкафов, в которых размещаются конденсаторы, а также коммутирующая, регулирующая и защитная аппаратура. Для пуска установки в эксплуатацию потребителю необходимо только подключить ее к сети. Ассортимент выпускаемых промышленностью комплектных конденсаторных установок приводится в [19.2].
