Статические конденсаторы

Синхронные компенсаторы

Синхронные компенсаторы представляют собой СД облегченной конструкции без нагрузки на валу, т.е. не имеют выходного конца вала, что облегчает герметизацию машины и позволяет использовать водородное охлаждение. Компенсаторы выпускают на напряжения 6,6÷15,75 кВ и мощностью до 345 МВА. Они могут работать как в режиме генерирования реактивной мощности (при перевозбуждении СК), так и в режиме ее потребления (при недовозбуждении). Они предназначены специально для выработки реактивной мощности.

СК на промышленных предприятиях применяют очень редко: на ГПП, имеющих районное значение, или на крупных электропечных установках. Ввод СК выгоден при большом дефиците реактивной мощности в точке подключения потребителей, когда требуется плавное и быстродействующее средство регулирования напряжения, т.е. при необходимости установки компенсирующих устройств большой мощности. Зона применения СК расширяется при наличии резкопеременной реактивной нагрузки. Удельная стоимость вырабатываемой мощности и удельные потери для СК значительно больше, чем для СД, так как удельные стоимость и потери полностью приходятся на реактивную мощность; кроме того, добавляются расходы на эксплуатацию СК.

К достоинствам СК как источников реактивной мощности относятся:

· положительный регулирующий эффект, заключающийся в том, что при уменьшении напряжения в сети генерируемая мощность СК увеличивается;

· возможность плавного и автоматического регулирования генерируемой реактивной мощности, что повышает устойчивость режимов работы системы и улучшает режимные параметры сети;

· достаточная термическая и электродинамическая стойкость обмоток СК во время короткого замыкания.

К недостаткам СК относятся:

· более высокая стоимость самой машины;

· сложный пуск и усложнение эксплуатации;

· значительный шум во время работы;

· относительно высокие удельные потери активной мощности (11÷30 кВт/Мвар);

· большие массы и вибрация, что требует их установки на массивных фундаментах;

· необходимость применения водородного или воздушного охлаждения с водяными охладителями;

· необходимость постоянного дежурства эксплуатационного персонала на подстанциях с синхронными компенсаторами;

· невозможность наращивания мощности в процессе роста нагрузок (в отличие от БК).

Силовые статические конденсаторы – специальные однофазные или трехфазные емкости, предназначенные для выработки реактивной мощности. Мощность конденсаторов в одном элементе составляет 5÷100 квар, номинальное напряжение – от 220 В до 10 кВ.

Реактивная мощность, вырабатываемая конденсатором:

Q_к = U²ωC_к,

где U – напряжение на зажимах конденсатора; ω – угловая частота переменного тока; C_к – емкость конденсатора, которая определяется, в основном, площадью обкладок.

В установках с большей мощностью и на большее напряжение применяют батареи конденсаторов с параллельным и последовательно-параллельным включением элементов. Увеличение номинального напряжения конденсаторной батареи достигается последовательным включением элементов, а для увеличения мощности применят параллельное соединение элементов.

Батареи силовых конденсаторов (БК) являются основным средством компенсации реактивной мощности на промышленных предприятиях.

Конденсаторные батареи, состоящие из конденсаторов, относящихся к ним коммутационных и защитных аппаратов, устройств автоматического регулирования, измерительных и сигнальных приборов, выпускают обычно в виде комплектных конденсаторных установок (УКК).

В настоящее время выпускаются комплектные конденсаторные установки на различные номинальные напряжения и мощности. В таблице 8.2 приведены технические характеристики УКК серии УК-0,38 напряжением 380 В и серии УК-6/10 напряжением 6÷10 кВ.

Таблица 8.2 - Технические характеристики УКК напряжением 0,38 и 6/10 кВ

Марка	Номинальная мощность, квар	Число и мощность, квар, регулируемых ступеней
УК-0,38-110 УК-0,38-220 УК-0,38-320 УК-0,38-430 УК-0,38-540 УК-0,38-150 УК-0,38-300 УК-0,38-450 УК-0,38-600 УК-0,38-900   УК-6/10-450 УК-6/10-675 УК-6/10-900 УК-6/10-1125 УК-6/10Н-900 УК-6/10Н-1350 УК-6/10Н-1800		1х110 2х110 3х110 4х110 5х110 1х150 2х150 3х150 4х150 6х150   - - - - 1х900 1х1350 1х1800

Примечания: 1. Для защиты и управления в установках УК-0,38 используются предохранители ПН-2 и контакторы КТ-6000. 2. В УК-6/10 на вводах установлены разъединители; в УК-6/10Н с автоматическим регулированием мощности – высоковольтные выключатели. 3. Установки УК-6/10 комплектуют конденсаторами со встроенными разрядными резисторами.

В зависимости от номинальной мощности они могут быть выполнены в виде одного или нескольких шкафов, щитков или ячеек, предназначенных для размещения в производственных или электропомещениях, на открытом воздухе или в других условиях. Оборудование УКК размещают в шкафах вместе с аппаратурой защиты, измерения и управления. В качестве примера на рисунках 8.3 и 8.4 приведены типичные комплектные конденсаторные установки на напряжение 380 В и 6(10) кВ.

1 – амперметр; 2 – вольтметр; 3 – предохранитель; 4 – контактор; 5 – панель управления;

6 – трансформатор тока; 7 – заземляющий болт; 8 - конденсатор

Рисунок 8.3 – Комплектная конденсаторная установка на напряжение 380 В мощностью 110 квар

1 – конденсаторы; 2 – предохранитель; 3 – шины; 4 – трансформатор напряжения НОМ

Рисунок 8.4 – Комплектная конденсаторная установка на напряжение 6(10) кВ мощностью 450 квар

При отключении конденсаторы сохраняют напряжение остаточного заряда, представляющее опасность для персонала и затрудняющее работу выключателей. По условиям безопасности применяют разрядные устройства. В качестве разрядных устройств в странах СНГ на напряжение 6÷10 кВ применяют два трансформатора напряжения типа НОМ, соединенные в открытый треугольник во избежание образования колебательного контура, увеличивающего перенапряжение при включении БК. Для контроля целостности цепи разряда применяются неоновые лампы.

В УКК на 380(660) В для той же цели используют резисторы или лампы накаливания. При индивидуальной компенсации реактивной мощности электроприемника разрядные сопротивления не требуются.

Измерение тока в цепи БК осуществляется тремя амперметрами для контроля за целостностью предохранителей и работой каждой фазы. Генерируемая БК реактивная мощность контролируется счетчиком реактивной энергии. Для автоматического отключения БК при повышении напряжения в данном узле сети сверх допустимого значения и для включения при понижении напряжения предусматриваются специальные автоматические устройства.

Для компенсации реактивной мощности электроустановок промышленных предприятий БК обычно включается параллельно электроприемникам (поперечная компенсация). При резкопеременной нагрузке сетей, например, при питании дуговых печей, сварочных установок и др., может оказаться целесообразным последовательное включение конденсаторов (продольная компенсация).

БК на напряжение до 1000 В обычно включаются по схеме «треугольника», так как при этом к конденсатору приложено линейное напряжение и в три раза увеличивается генерируемая реактивная мощность по сравнению со схемой соединения в «звезду».

где U_л – линейное напряжение сети; С – емкость трех фаз батарей; ω – угловая частота.

На рисунке 8.5 приведена схема подключения конденсаторной батареи параллельно активно-индуктивной нагрузке (поперечная компенсация), например, асинхронному двигателю.

а) б)

R_л, X_л – активное и реактивное (индуктивное) сопротивления линии; R_п, X_Lп – активное и

реактивное (индуктивное) сопротивления приемника (АД)

Рисунок 8.5 – Схема замещения цепи «линия – АД» при параллельном подключении конденсатора С (а) и векторная диаграмма (б)

Для понимания сущности влияния поперечной компенсации реактивной мощности на работу сети рассмотрим векторную диаграмму цепи при параллельном включении приемника электроэнергии (АД), обладающего сопротивлениями R_п, X_LП, и батареи конденсаторов с емкостным сопротивлением Х_с к линии (R_л, X_л) (рисунок 8.5,б).

Вследствие параллельного подключения конденсатора С угол сдвига фаз между током и напряжением нагрузки уменьшается от ₁ до ₂, ток нагрузки приемника – от I₁ до I₂, т.е. происходит разгрузка линии по току на _ΔІ = I₁ - I₂. На то же значение разгружаются генераторы энергосистемы благодаря генерации батареей конденсаторов реактивной мощности Q_с в месте установки приемников. Кроме того, сеть и генераторы разгружаются вследствие уменьшения потерь на Р_к и Q_к, так как поток реактивной мощности снижается на Q_с, и которые можно определить по формулам

где R, X – эквивалентные активное и реактивное сопротивления цепи линия-приемник электроэнергии; U_н – номинальное напряжение сети.

Для проектируемой сети снижение тока на I позволяет уменьшить площадь сечения проводов линии на ΔF = ΔI/j_эк, где j_эк – экономическая плотность тока. В результате уменьшения потока реактивной мощности на Q_с снижается и потеря напряжения в сети

ΔU =

Из векторной диаграммы можно определить емкость С и реактивную мощность конденсаторов Q_с, необходимые для повышения коэффициента мощности от cos φ₁ до желаемого значения cos φ₂:

С =

где ω – угловая частота тока.

Достоинства БК:

· простота конструкции и эксплуатации (нет вращающихся и трущихся частей);

· относительно невысокая стоимость;

· недефицитность применяемых материалов для их производства;

· малые собственные удельные потери активной мощности (2¸4,5 кВт/Мвар);

· простота производства монтажных работ (малая масса, отсутствие фундаментов);

· для установки конденсаторов может быть использовано любое сухое помещение.

Недостатки БК:

· выдаваемая реактивная мощность зависит от квадрата напряжения Q U², т.е. при понижении напряжения в сети снижается выдача реактивной мощности пропорционально квадрату напряжения, в то время как требуется ее повышение;

· отсутствие плавного автоматического регулирования отдаваемой в сеть реактивной мощности (применяется только ступенчатое регулирование);

· пожароопасность;

· наличие остаточного заряда;

· недостаточная прочность, особенно при к.з. и напряжениях выше номинального;

· чувствительность к искажениям питающего напряжения;

· малый срок службы (8-10 лет).

Пример 8.1. На рисунке 8.6 приведена схема одной секции РП 10 кВ, к шинам 10 кВ которого присоединены два СД мощностью каждый и с частотой вращения об/мин и семь цеховых трансформаторов мощностью 1000 кВА с коэффициентом загрузки 0,7. Коэффициент загрузки каждого СД и коэффициент мощности . Потребление реактивной мощности от сети 10 кВ от других ЭП промышленного предприятия составляет квар. В сети 380 В расчетные нагрузки за максимально загруженную смену составляют: МВт, Мвар, МВА. Питающая энергосистема может передать реактивную мощность Мвар. Выбрать компенсирующие устройства (КУ).

Рисунок 8.6. Схема компенсации реактивной мощности при наличии СД 10 кВ

Решение. Реактивная мощность, вырабатываемая двумя СД, определяется по [13, табл. 11.4]:

Мвар.

Реактивная мощность, которая может быть передана от СД 10 кВ и энергосистемы на сторону 0,4 кВ:

Мвар.

Наибольшая реактивная мощность, которая может быть передана через трансформаторы:

Мвар.

Оставшаяся нескомпенсированной мощность КБ на стороне 0,4 кВ при передаче реактивной мощности из сети 10 кВ, равной 1,21 Мвар:

Мвар.

Мощность одного КУ:

квар.

Примем по таблице 8.2 семь КБ марки УК-0,38-320 с общей мощностью квар.

Дата добавления: 2014-01-04