Глава шестая.
КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ.
6-1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ.
В связи с постоянным ростом количества и мощности электроприемников с низким коэффициентом мощности, таких как крупные дуговые электропечи, мощные вентильные преобразователи, крупные электросварочные агрегаты, вопросы генерирования реактивной мощности становятся все более актуальными.
Для стимулирования мероприятий по компенсации реактивной мощности Минэнерго СССР установлена новая шкала скидок (—) и надбавок ( + ) к тарифу на электроэнергию в зависимости от степени компенсации реактивной мощности у потребителей электроэнергии.
Суммарная мощность компенсирующих устройств Qкомп, которые должны быть установлены на предприятии, может быть определена по формуле
где Qм — реактивная нагрузка предприятия в период наибольших активных нагрузок энергосистемы; Qc — наибольшая реактивная мощность, которая может быть передана в сеть предприятия из сети энергосистемы в период ее наибольшей активной нагрузки. Величина Qм задается энергосистемой с приближенным учетом потерь электроэнергии также и в сети предприятия [1-4].
Максимальные реактивные нагрузки предприятия могут не совпадать по времени с наибольшими активными нагрузками энергосистемы. В таких случаях в расчеты нужно вносить поправки по результатам анализа графика нагрузки.
Для выбора оптимальных режимов работы компенсирующих устройств на предприятии и определения условий регулирования их мощности энергоснабжающая организация кроме величины Qc. В режиме наибольшей активной нагрузки задает также [1-4] допустимые по техническим условиям реактивные мощности Qc в режимах: послеаварийном, ремонтном и наименьших активных нагрузок энергосистемы (ночной минимум). Баланс реактивной мощности должен обеспечиваться не только при нормальном режиме работы системы электроснабжения, но также и при послеаварийном и ремонтном. При нормальном режиме баланс реактивной мощности составляется с оптимальными параметрами, определяемыми условиями наибольшей экономичности, по минимуму приведенных затрат. При послеаварийном же и ремонтном режимах используются все средства генерации реактивной мощности независимо от их экономичности. При составлении баланса реактивной мощности при этих режимах определяющими являются предельно допустимые технические параметры качества электроэнергии в соответствии с ГОСТ 13109-67.
Компенсирующие устройства попользуются также в качестве одного из средств регулирования напряжения с целью обеспечения оптимального режима напряжений в электрических сетях. Это необходимо учитывать при составлении баланса реактивной мощности по узлам системы электроснабжения и рассматривать возможность и целесообразность увеличения потребления реактивной мощности по условиям регулирования напряжения.
6-2. СПОСОБЫ И СРЕДСТВА КОМПЕНСАЦИИ.
Для уменьшения затрат на компенсирующие устройства при проектировании электрооборудования предприятий следует применять варианты с наименьшим потреблением реактивной мощности. Необходимо также предусматривать мероприятия, обеспечивающие возможно большее значение естественного коэффициента мощности: правильный выбор мощности электродвигателей и трансформаторов, применение устройств, устраняющих холостой ход двигателей и других приемников и т. п. Лишь по исчерпании этих возможностей следует прибегать к средствам искусственной компенсации, из которых наиболее часто применяются батареи силовых конденсаторов (КБ), подключаемые параллельно к электросети (поперечная компенсация). Их преимуществом являются простота, невысокая стоимость, недефицитность материалов, малые удельные собственные потери активной мощности. К недостаткам относятся; невозможность плавного регулирования реактивной мощности, пожароопасность, наличие остаточного заряда. Наиболее полное использование КБ в течение суток выгодно. На односменных и сезонных предприятиях они менее выгодны.
Рис. 6-1. Принципиальная схема компенсационного преобразователя, предложенная КПИ.
Наряду с конденсаторными батареями для генерации реактивной мощности следует широко применять синхронные электродвигатели разных мощностей. Они передают реактивную мощность в сеть на месте ее потребления при полезной нагрузке на валу, допускают широкие пределы регулирования отдаваемой реактивной мощности, меньше зависят от колебаний напряжения, чем косинусные конденсаторы, и повышают устойчивость системы.
Затраты на генерацию двигателями реактивной мощности определяются в основном стоимостью связанных с этим дополнительных потерь активной мощности.
Наибольшая реактивная мощность (М-вар), которая может быть получена от синхронного двигателя (СД), определяется по формуле [1-4]
где 
- номинальная реактивная мощность СД;
Рн — номинальная активная мощность СД, кВт; tgφн соответствует номинальному cosφн двигателя; ηв — к. п. д. двигателя; α — наибольшая допустимая перегрузка СД по реактивной мощности, зависящая от типа двигателя, относительного напряжения на его выводах и от коэффициента загрузки по активной мощ ности.
Средние значения αм приведены в [1-4].
При совместном применении СД и КБ последние осуществляют в основном компенсацию базисной части суточного графика реактивной нагрузки, а СД снижают пики графика.
Синхронные компенсаторы (СК) на промышленных предприятиях применяются очень редко. Они имеют высокую стоимость, значительные удельные потери активной мощности, сложные условия пуска. СК иногда применяют на крупных электропечных установках (дуговых и руднотермических). В отдельных случаях их применение может оказаться целесообразным на крупных УРП районного значения при больших потребных мощностях компенсирующих устройств. Основное достоинство СК — возможность быстродействующего автоматического, плавного с широкими пределами регулирования уровня напряжения. Вариант компенсации с применением СК следует сопоставлять с вариантом применения крупных автоматически регулируемых батарей, так как при этом возможно уменьшение регулировочного диапазона трансформаторов, а в отдельных случаях и отказ от трансформаторов, регулируемых под нагрузкой.
Использование реактивной мощности генераторов заводских станций экономически целесообразно, если при этом затраты на увеличение числа или сечения питающих линий, числа устанавливаемых трансформаторов и другие сетевые затраты, связанные с передачей реактивной мощности от генераторов, не превышают расходов на установку КБ на местах потребления реактивной мощности. Решение принимается по результатам сравнения приведенных затрат по обоим вариантам.
При определенных условиях учитываются также реактивные мощности, генерируемые воздушными линиями и токопроводами напряжением выше 20 кВ и кабельными линиями напряжением 6 кВ и выше, которые пропорциональны их длине и квадрату напряжения. Средние значения реактивной мощности, генерируемой различными линиями, приведены в [6-2]. В проектах реконструкции предприятий следует рассматривать технико-экономическую целесообразность применения в качестве синхронных компенсаторе, имеющихся на предприятиях синхронных генераторов и синхронных двигателей, не используемых по своему прямому назначению. Такое вынужденное решение может иметь место при невозможности получения в данное время других компенсирующих устройств.
