Общая характеристика компенсирующих устройств и видов компенсации реактивной мощности

Поскольку устанавливаемое на современных предприятиях электропотребление и режимы его работы существенно отличаются между собой , то и применяемая на этих предприятиях компенсация реактивной мощности также отличается по видам используемого для компенсации оборудования , способу подключения его к сети , способу управления и т . п .
Выбор оборудования для компенсации реактивной мощности должен осуществляться на основании технико-экономических расчетов с обязательным учетом расходов на выработку 1 кВАр-год. При этом одним из важнейших показателей экономичности компенсирующих устройств являются удельные потери в них активной мощности (кВт/кВАр), необходимые для получения реактивной мощности.
Проанализируем возможности применения различных компенсирующих устройств с учетом данных, приведенных в справочной литературе. Конденсаторы, имеют наименьшие удельные потери активной мощности. Именно это обстоятельство с учетом простоты конструкции и обслуживания конденсаторов, а также отсутствие в них вращающихся деталей, привело к довольно широкому применению конденсаторов для компенсации реактивной мощности в самых разнообразных электроустановках. Так, например, установка конденсаторных батарей (КБ) вблизи асинхронного электропривода позволяет не загружать электрическую сеть питания электропривода реактивной мощностью, что наглядно демонстрируют данные, приведенные в табл.

Синхронные компенсаторы имеют значительно большие удельные потери активной мощности. Однако они практически незаменимы в энергосистемах для обеспечения устойчивости работы энергосистем и регулирования напряжения: в периоды максимальной нагрузки они могут работать в режиме перевозбуждения и отдавать реактивную мощность, а в периоды снижения нагрузки - ее потреблять. Таким образом, синхронные компенсаторы могут регулировать напряжение на приемных концах электрической сети. Синхронные двигатели за счет регулирования возбуждения, работая в режиме перевозбуждения, также генерируют реактивную мощность в электрическую сеть, и тем самым могут на отдельных предприятиях, где они установлены, значительно уменьшить потребление реактивной мощности.
Максимальная величина реактивной мощности, которую может генерировать синхронный двигатель, определяется формулой:
где Рн - номинальная активная мощность двигателя, кВт; tgcp|_| - значение тангенса угла, отвечающего номинальному значению cos(Ph; г||_| - номинальный КПД двигателя; а - наибольшая допустимая перегрузка синхронного двигателя по реактивной мощности, зависящая от типа двигателя, относительного напряжения на его зажимах, а также коэффициента загрузки по активной мощности:
Р=Р/Рн- Для определения фактической величины реактивной мощности Ucfl' генерируемой работающими на предприятии синхронными двигателями, необходимо оценить компенсационную способность синхронного двигателя.

Наибольшая компенсационная способность синхронного двигателя при данной нагрузке имеет место при номинальном токе возбуждения. Для двигателей с coscp=l ,0 незначительное снижение тока возбуждения может привести к потреблению двигателем реактивной мощности из сети. Из проведенного выше анализа следует, что в подавляющем большинстве случаев основными устройствами, способными осуществлять эффективную компенсацию реактивной мощности в системах электроснабжения промышленных предприятий, являются конденсаторные компенсирующие установки (ККУ). Поэтому охарактеризуем их и входящее в них оборудование более подробно.
Необходимость использования различного количества конденсаторных батарей для поддержания задаваемого энергосистемой графика реактивной нагрузки предприятия привела к тому, что эти батареи секционируют на отдельные секции, которые автоматически включаются или выключаются в зависимости от уровня напряжения и периода суток или по другим параметрам. Автоматическое включение и отключение батарей конденсаторов осуществляется с помощью специализированного контроллера и другой коммутационно-защитной аппаратуры (предохранителей, контакторов и др.). При отклонении коэффициента мощности от заданного значения контроллер подключает или отключает ступени конденсаторов, исключая тем самым возможность возникновения режима недокомпенсации или перекомпенсации, поскольку включенная мощность конденсаторов строго соответствует реактивной мощности, потребляемой в данный конкретный момент времени.

На рис.2 показаны простейшие регулируемые схемы присоединения батарей конденсаторов высокого и низкого напряжения: а - через выключатель 6... 10 кВ; б - через рубильник с предохранителем 380 В.
Из трех видов компенсации реактивной мощности в распределительных сетях промышленных предприятий наиболее эффективной, безусловно, является централизованная (регулируемая) компенсация. Этот вид компенсации позволяет выполнять компенсацию реактивной мощности в строгом соответствии с ее фактическим потреблением в течение суток, а также в течение отдельных смен работы промышленного предприятия. При этом компенсация осуществляется в строгом соответствии с задаваемыми энергосистемой для каждого предприятия двумя значениями входной реактивной мощности, которые могут быть переданы предприятию в режимах наибольшей и наименьшей активных нагрузок системы.

При этом мощность конденсаторных батарей для компенсации реактивной мощности должна выбираться такой, чтобы они покрывали реактивную нагрузку цеха или предприятия и в то же время не отдавали реактивную мощность в электрическую сеть.
На крупных предприятиях применяются секционированные схемы, число секций которых зависит от требуемого количества ступеней регулирования. На рис.3 в качестве примера показана такая секционированная схема конденсаторной установки с тремя конденсаторными батареями на каждой секции. Каждая секция подключена к шинам через выключатель Q1, рассчитанный на отключение полной мощности КЗ. Выключатели Q2 (обычно вакуумные или элегазовые, рассчитанные на большое число коммутационных операций), устанавливаемые в цепях конденсаторных батарей и не рассчитанные на отключение полной мощности КЗ, служат лишь для переключений при автоматическом регулировании конденсаторной установки. В случае аварии на какой-либо батарее конденсаторов сначала отключается выключатель Q1; затем подается импульс на отключение выключателя Q2 поврежденной части, после чего вновь включается выключатель Q1 и восстанавливается питание оставшихся батарей секции.