Конденсаторные установки для промышленных предприятий

Широкое применение вентильных электроприводов, выпрямительных электролизных установок, мощных электродуговых печей и других потребителей электроэнергии с резкопеременной нагрузкой и несинусоидальным током сопровождается значительным потреблением электрической мощности и искажением питающего напряжения, что может привести к росту потерь электроэнергии и нарушению нормального функционирования потребления электроэнергии.
Для компенсации реактивной мощности, ограничения и поддержания напряжения и параметров качества электроэнергии в допустимых пределах в последние десятилетия нашли применение статические компенсирующие устройства. Различают устройства следующих типов:
конденсаторные установки, коммутируемые выключателями или встречно-параллельными тиристориыми вентилями; фильтрокомпенсирующие устройства; статические тиристорные компенсаторы.
Выбор типа и мощности статического компенсирующего устройства для систем электроснабжения общего назначения должен производиться в соответствии с требованиями ГОСТ 13109-97 и «Правилами применения скидок и надбавок к тарифам на электроэнергию за потребление и генерацию реактивной мощности» Главгосэнергонадзора от 01.01.94.

Конденсаторной установкой называется электроустановка, состоящая из конденсаторов, относящегося к ним вспомогательного электрооборудования (выключателей, разъединителей, разрядных резисторов, устройств регулирования, защиты и т.д.) и ошиновки. Она предназначена для генерации реактивной мощности. Суммарная генерируемая мощность установки на основной частоте определяется исходя из условия обеспечения требуемого значения коэффициента мощности в режиме максимального потребления реактивной мощности. С целью получения экономичного режима работы электрических сетей с переменным графиком реактивной нагрузки используют автоматическое регулирование мощности конденсаторной установки путем включения или отключения ее в целом или отдельных ее частей.
Простота в изготовлении и относительная низкая стоимость конденсаторных установок обеспечили им широкое применение в сетях электроснабжения промышленных предприятий. В табл. 1 приведены типы установок, выпускаемых научно-производственным центром «Энерком».
Электрические схемы конденсаторных установок 0,4, 6,3 и 10,5 кВ показаны на рис. 1 и 2. В режиме автоматического регулирования при изменении значения реактивной мощности потребителя регулятор производит отключение или включение ступени конденсаторной установки с выдержкой времени с помощью электромагнитных контакторов в установках типа УКМ 0,4 кВ или вакуумных контакторов в установках 6,3 — 10,5 кВ.
Основным элементом конденсаторных установок и рассматриваемых ниже фильтрокомпенсируюгцих устройств является конденсаторная батарея, которая компонуется из единичных конденсаторов, электрически связанных между собой. Разработчик и поставщик отечественных косинусных и фильтровых конденсаторов — Серпуховский завод «Конденсатор». В табл.   приведены типономиналы выпускаемых конденсаторов. Все конденсаторы пропитаны экологически безопасной жидкостью и имеют встроенные разрядные резисторы, снижающие после отключения конденсаторов напряжение до значения не более 0,05 кВ за 1 мин Для конденсаторов на напряжение ниже 0,66 кВ и за 5 мин для конденсаторов на напряжение свыше 0,66 кВ.

 
Рис. 1. Принципиальная схема конденсаторной установки на напряжение 0,4 кВ

Рис. 2. Принципиальная схема конденсаторной установки на напряжение 6,3 — 10,5 кВ

Конденсаторы на напряжение 1,05 кВ и ниже и на напряжение 6,3 и 10,5 кВ мощностью 200 квар изготовляются со встроенными внутрь корпуса и последовательно соединенными с каждой секцией конденсатора плавкими предохранителями. При необходимости конденсаторы мощностью 200 квар могут изготовляться и без плавких предохранителей. В случае пробоя любой секции остальные разряжаются на нее, что вызывает перегорание предохранителя поврежденной секции и надежное ее отключение. При этом конденсатор теряет часть своей емкости, но может длительно оставаться в работе. При коротком замыкании вне конденсатора предохранители не срабатывают.
Схема соединения конденсаторов в батарее определяется технико-экономической целесообразностью и условиями эксплуатации.
Коммутация конденсаторной батареи или ее частей обычно осуществляется выключателями. Каждое включение сопровождается переходным процессом, при котором имеют место значительные импульсы тока pi перенапряжения на фазах сети, достигающие 1,8 номинального значения. При выключении батареи к контактам выключателя прикладывается напряжение, равное 2,5 номинального значения фазного напряжения. Поэтому в состав конденсаторных установок могут входить токоограничивающие реакторы для снижения бросков тока и демпфирующие цепочки для защиты от перенапряжений на выключателе.

Конденсаторная батарея и питающая сеть образуют контур, относительная резонансная частота которого определяется из соотношения               
(1)
где 5КЗ — мощность КЗ на шинах питающей сети; QKB — генерируемая мощность батареи.
При наличии на питающих шинах нелинейной нагрузки, создающей гармонику тока v-ro порядка, возникает резонансное усиление гармоники в сети и перенапряжение па шинах. Следует обратить внимание на то, что различного рода коммутационные операции, приводящие к изменению схемы сети, а также коммутации батареи частями, приводят к перемещению полюсов частотной характеристики входного сопротивления сети и соответственно к изменению порядка высших гармоник тока, приводящих к резонансным явлениям. При проектировании конденсаторных установок для сетей с источниками гармоник необходимо учитывать перегрузку конденсаторов по току и мощности за счет высших гармо- 1 ник. Кроме того, должны быть исключены резонансные явления на I частоте одной из гармоник источника во всех режимах работы сети.
Для получения требуемой частоты коммутации конденсаторных установок, а также ограничения токов и напряжений при включении применяют тиристорные встречно-параллельные вентили, включаемые последовательно с конденсаторной батареей. Тиристорный вентиль отпирается в момент равенства напряжения на I батарее амплитудному значению напряжения сети, что соответствует нулевому напряжению на вентиле. Отпирание вентиля в другие моменты, например, когда напряжения батареи и сети в противофазе, связано с недопустимым увеличением напряжения на батарее и должно быть полностью исключено защитой. Тиристорные вентили должны быть рассчитаны на приложение как минимум двойного напряжения сети.
Аппараты и токоведущие части в конденсаторной батарее допускают длительное протекание тока значением 130% номинального тока батареи. Повторное включение установок допускается проводить лишь после снижения остаточного напряжения на любом из конденсаторов до уровня, не превышающего 0,05 кВ.
Если в конденсаторных установках используются конденсаторы без встроенных разрядных резисторов, то на выводы единичного конденсатора или последовательного ряда конденсаторов подключается разрядное устройство. Разрядные устройства могут не устанавливаться на батареях до 1 кВ, если они присоединены к сети через трансформатор и если между батареей и трансформатором отсутствуют коммутационные аппараты. Для установок с напряжением выше 1 кВ в качестве разрядных устройств могут также применяться трансформаторы напряжения или устройства с активно-индуктивным сопротивлением, а для установок с напряжением до 1 кВ — устройства с активным или активно-индуктивным сопротивлением.
Конденсаторные установки имеют защиту, действующую на сигнал и отключение при отказах единичных конденсаторов. Конденсаторная батарея, состоящая из двух или более параллельных ветвей, имеет защиту, срабатывающую при неравенстве токов ветвей.
При монтаже батареи требуется соблюдать несколько простых правил, сводящих к минимуму повреждения конденсаторов. Во-первых, конденсаторы нельзя переносить и передвигать за изоляторы. Во-вторых, во избежание недопустимых изгибающих усилий подключение изолированных выводов должно осуществляться гибкой ошиновкой либо алюминиевыми шипами с компенсационным изгибом. Гибкая ошиновка может выполняться из алюминиевого провода А-35 с применением концевых или аппаратных зажимов. В-третьих, во избежание срыва резьбы и нарушения пайки затяжку гаек на контактном стержне следует производить двумя ключами с таким расчетом, чтобы крутящий момент не превышал 150 кг-см. При этом одним ключом затягивается верхняя гайка, а вторым поддерживается нижняя, в результате чего снижается нагрузка с изолятора и исключается повреждение гайки.