Компенсация реактивной мощности

При напряжении 6—10 кВ обычно применяют два трансформатора напряжения, соединенных открытым треугольником  во избежание образования колебательного контура, увеличивающего перенапряжения при включении батареи.

Для контроля целости  цепи разряда применяются неоновые лампы, включенные во вторичные обмотки  трансформаторов напряжения. К этим же обмоткам присоединяются измерительные  приборы и реле.

Для разряда  батарей 380 В обычно применяют лампы накаливания на напряжение 220 В, так как газосветные лампы не обеспечивают полного разряда. Чтобы увеличить срок службы ламп и уменьшить потребляемую ими мощность, их соединяют попарно последовательно и три такие группы включают в звезду.

Наилучшим решением является применение конденсаторов со встроенными разрядными сопротивлениями, которые у конденсаторов на напряжение 380 В устанавливаются снаружи между выводами конденсатора, а у конденсаторов 6—10 кВ — внутри в верхней части бака конденсатора.

 При присоединении батареи под общий выключатель с двигателем или трансформатором разряд происходит на их обмотки и специальных разрядных сопротивлений не требуется.

 Схемы разряда  конденсаторной батареи, а —  при напряжении 6—10 кВ; б — при  напряжении 880—220 кВ»¹².

 «При этом оперирование разъединителем на ответвлении к батарее допускается только при снятом напряжении, т. е. после предварительного кратковременного отключения выключателя.

 В цепи  между конденсаторной батареей  и разрядными сопротивлениями  не ставится никаких коммутационных аппаратов и трансформаторы напряжения, служащие для разряда батареи, не должны иметь предохранителей на стороне 6—10 кВ.

 Разрядные  сопротивления проверяют на продолжительность  разряда конденсаторной батареи  до безопасного напряжения 65 В.

 Для конденсаторных  батарей до 1000 В разрядные сопротивления  нормально отключены и автоматически  включаются только в момент  отключения конденсаторов.

 Это делается  для уменьшения потерь электроэнергии. Имеется ряд схем такого автоматического включения.

 Регулирование  мощности компенсирующих устройств  уменьшает потери энергии в  сетях, является одним из средств  для регулирования напряжения  и способствует улучшению общего  режима работы системы электроснабжения  и повышению качества электроэнергии, особенно при большой неравномерности графика нагрузки.

При включении  конденсаторной мощности QK напряжение в этой точке сети будет повышаться на величину AU, а при отключении QK будет понижение напряжения

 где U —  междуфазное напряжение, кВ; х —  реактивное сопротивление сети от данной точки до источника питания.

 В первую  очередь целесообразно использовать  автоматическое регулирование возбуждения  синхронных электродвигателей, а  затем уже предусматривать регулирование  мощности части конденсаторных  батарей в зависимости от режима работы проектируемой системы электроснабжения.

На трехсменных  промышленных предприятиях с ровным графиком нагрузки в течение всех смен мощность постоянно включенных источников реактивной мощности (ИРМ) принимается равной их расчетной мощности и регулирование, как правило, не применяется.

На мелких односменных  предприятиях также, как правило, применяется  ИРМ постоянной мощности без регулирования. В остальных случаях при неравномерном  суточном графике реактивной мощности ИРМ регулируются частично в соответствии с графиком.

Конденсаторные  установки допускают только ступенчатое  регулирование мощности, которое  бывает одноступенчатым, когда отключается  или включается сразу вся установка, и многоступенчатым при отключении или включении по секциям.

Одноступенчатое регулирование — самое простое, дешевое и надежное ввиду минимального количества коммутационных и управляемых аппаратов и приборов»¹³.

 «Число и мощность ступеней регулирования и последовательность их включения и отключения определяются по графикам нагрузки предприятия и в зависимости от заданий энергетической системы.

Обычно бывает достаточным подразделение конденсаторных батарей на две-три секции одинаковой мощности, что упрощает и удешевляет схему регулирования и повышает надежность ее работы.

Если же секции принять разной мощности, то уже при двух секциях можно получить трехступенчатое регулирование. Наиболее целесообразно. выбирать мощности разных секций, отличающиеся в геометрической прогрессии, например 100 :200:400 : 800 кВАр и т. д.

По условиям эксплуатации в большинстве случаев нет необходимости на предприятиях применять число ступеней регулирования более трех. На предприятиях, где нагрузки двух дневных смен мало различаются и снижение происходит только в третью (ночную) смену, обычно бывает достаточно двух ступеней, что сильно упрощает все устройство. Если на предприятии имеется несколько конденсаторных батарей, то многоступенчатое регулирование суммарной реактивной мощности, вырабатываемой всеми конденсаторными батареями предприятия, осуществляется разновременным включением или отключением отдельных батарей в соответствии с графиком нагрузки.

 Автоматическое  регулирование конденсаторных батарей  выполняется несколькими способами:

• по напряжению с коррекцией, если потребуется, по полному току или по реактивной его составляющей, если необходимо уменьшить отклонения уровня напряжения от оптимального значения;
• но величине реактивной мощности или реактивной составляющей тока при изменении графика реактивной мощности;
• по времени суток при необходимости ограничения выдачи реактивной мощности в сеть энергосистемы;
• по комбинированным схемам в зависимости от нескольких факторов (например, по направлению мощности, напряжению и времени суток).

 В большинстве  случаев можно рекомендовать  схемы автоматического регулирования  по напряжению или по времени суток.

В качестве примера схема автоматического регулирования по времени суток с коррекцией по напряжению.

Принцип действия схемы заключается в том, что  если после включения конденсаторной батареи (КБ) действием ЭВЧС в заданное время суток напряжение будет повышенное, реле 1Н вновь отключит КБ»¹⁴.

«Наоборот, если ЭВЧС в заданное время отключит КБ, а напряжение на данном участке будет пониженное, то реле 1Н вновь включит ее. Если же напряжение опять повысится, то реле 1Н отключит КБ, не дожидаясь заданного времени на ЭВЧС.

Следовательно, реле 1Н вводит коррективы в работе ЭВЧС в зависимости от напряжения.

 Схема одноступенчатого  автоматического регулирования  конденсаторных батарей по времени  суток с коррекцией но напряжению.

Схема автоматического регулирования по напряжению применяется в тех случаях, когда основной задачей является поддержание напряжения в определенных пределах.

Приведен пример суточного графика реактивной мощности при регулировании по напряжению. Конденсаторная батарея автоматически включается, когда напряжение становится ниже номинального, и отключается, когда оно вновь станет выше номинального.В результате такого регулирования напряжение не выходит за нормированные пределы ±5%.

 Суточный  график при регулировании конденсаторных батарей по напряжению.

1 — потребляемая  реактивная мощность; 2 — компенсируемая  реактивная мощность; 3 — реактивная  мощность после компенсации; 4 —  изменение напряжения.

 Принципиальная  схема регулирования УК при  помощи устройства «Аркон».

1 — командный  блок; 2 — приставки программного  блока; 3 — секции регулируемой  УК.

Показанна принципиальная схема регулирования, предусмотренная в комплектных конденсаторных установках серии УК с применением автоматического регулятора «Аркон».

Схема позволяет осуществлять регулирование по напряжению либо по напряжению с коррекцией по току нагрузки и углу между ними. Устройство «Аркон» состоит из командного и программного блоков.

При регулировании  по напряжению на командный блок подаются входное напряжение Uъ и напряжение питания Uп. При регулировании же с коррекцией по току нагрузки, кроме того, подаются ток свободной фазы от трансформатора тока ввода — /т.тi (или же /т.тt Iт.тг) и ток /т.т3 от трансформатора тока УК.

Командный блок 1 в соответствии с полученным входным сигналом подает программному блоку 2 команду на включение или отключение секции УК- Программный блок состоит из так называемых приставок, число которых зависит от числа секций УК»¹⁵.

 

 

 

 

 

Принципы  компенсации реактивной мощности

«Компенсацией реактивной мощности называют ее выработку или потребление с помощью компенсирующих устройств.

Принцип компенсации  реактивной мощности заключается в  следующем.

Как было установлено, ток, проходящий через конденсатор, опережает приложенное к нему напряжение на 90°, в то время как ток, проходящий через катушку индуктивности, отстает от приложенного напряжения на 90°. Таким образом, емкостный ток противоположен индуктивному току и реактивная мощность, идущая на создание электрического поля, противоположна по направлению реактивной мощности, идущей на создание магнитного поля. Поэтому емкостный ток и емкостная мощность считаются условно отрицательными по отношению к току намагничивания и мощности намагничивания, условно принятыми положительными.

Таким образом, численно равные реактивные мощности емкости и намагничивания взаимно "уничтожаются" (Q_C – Q_L = 0) и сеть разгружается от протекания реактивной составляющей тока нагрузки.

Принцип компенсации реактивного тока намагничивания: а – схема до компенсации; б – схема с компенсацией.

Емкость конденсатора С, подключенного параллельно нагрузке, содержащей R и L, подбирают такой, чтобы ток I_C, проходящий через конденсатор, был по возможности близок по абсолютной величине к намагничивающему току I_L, потребляемому индуктивностью L.

Из векторной  диаграммы видно, что подключение  конденсатора С дало возможность  уменьшить угол сдвига фаз между  током и напряжением нагрузки с величины j₁ до величины j₂ и соответственно повысить коэффициент мощности нагрузки. Увеличивая емкость, можно полностью скомпенсировать реактивную мощность нагрузки, когда j = 0.

Компенсация реактивной мощности, как всякое важное техническое  мероприятие, может применяться  для нескольких различных целей. Во-первых, компенсация реактивной мощности необходима по условию баланса реактивной мощности. Во-вторых, установка компенсирующих устройств применяется для снижения потерь электрической энергии в сети. И, наконец, в-третьих, компенсирующие устройства применяются для регулирования напряжения»¹⁶.

«Во всех случаях при применении компенсирующих устройств необходимо учитывать ограничения по следующим техническим и режимным требованиям:

• необходимому резерву мощности в узлах нагрузки;
• располагаемой реактивной мощности на шинах ее источника;
• отклонениям напряжения;
• пропускной способности электрических сетей.

Для уменьшения перетоков реактивной мощности по линиям и трансформаторам источники  реактивной мощности должны размещаться  вблизи мест ее потребления. При этом передающие элементы сети разгружаются по реактивной мощности, чем достигается снижение потерь активной мощности и напряжения.

Таким образом, вследствие применения компенсирующих устройств на подстанции при неизменной мощности нагрузки реактивные мощности и ток в линии уменьшаются  – линия разгружается по реактивной мощности.

Уменьшение  потребления реактивной мощности на предприятии достигается путем  компенсации реактивной мощности как  естественными мерами (сущность которых  состоит в ограничении влияния  приемника на питающую сеть путем  воздействия на сам приемник), так и за счет специальных компенсирующих устройств (реактивной мощности) в соответствующих точках системы электроснабжения.

Мероприятия, проводимые по компенсации реактивной мощности эксплуатируемых или проектируемых  электроустановок потребителей, могут быть разделены на следующие три группы:

• не требующие применения компенсирующих устройств;
• связанные с применением компенсирующих устройств;
• допускаемые в виде исключения.

Мероприятия первой группы направлены на снижение потребления  реактивной мощности и должны рассматриваться в первую очередь, поскольку для их осуществления, как правило, не требуется значительных капитальных затрат.

Последние два  мероприятия должны обосновываться технико-экономическими расчетами  и применяться при согласовании с энергосистемой.

Мероприятия, не требующие применения компенсирующих устройств: