Мероприятия для компенсации реактивной мощности. Выбор типа и конструкции, схемы присоединения и размещения, особенности компенсирующих устройств.

Реактивная мощность – величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи синусоидального переменного тока.

Основными потребителями реактивной мощности в электрических системах являются трансформаторы, воздушные электрические линии, АД, вентильные преобразователи, индукционные электропечи, сварочные агрегаты и другие нагрузки. Источниками реактивной мощности являются генераторы электростанций, СД в режиме перевозбуждения, компенсирующие устройства и ЛЭП.

Баланс реактивной мощности по всей системе в целом определяет некоторый уровень напряжения. Если генерируемая реактивная мощность становится больше потребляемой, то напряжение в сети повышается. При дефиците реактивной мощности напряжение в сети понижается.

Реактивный ток, проходя по элементам ЭЭС вызывает дополнительный нагрев и потерю активной мощности. Суммарные потери активной мощности обратно пропорциональны cos²φ. Поэтому при уменьшении передаваемой по сети реактивной мощности потери активной энергии уменьшаются. Коэффициентом снижения потерь (экономическим эквивалентом) называется отношение изменения активных потерь к передаваемой реактивной мощности. k_э = ΔР/Q.

Компенсация реактивной мощности применяется для различных целей: 1. Поддержание баланса реактивной мощности. 2. Снижение потерь электрической энергии в сети. 3. Компенсирующие устройства применяются для регулирования напряжения.

К мероприятиям для снижения реактивной мощности относятся:

1. Упорядочение технологического процесса, ведущее к улучшению энергетического режима оборудования, а следовательно, и к повышению коэффициента мощности:1) переключение статорных обмоток асинхронных двигателей напряжением до 1000 В с треугольника на звезду, если их загрузка составляет менее 40%;2) устранение режима работы асинхронных двигателей без нагрузки (х.х.) путем установки ограничителей х.х., когда продолжительность межоперационного периода превышает 10 мин;3) замена малозагруженных двигателей двигателями меньшей мощности при условии, что изъятие избыточной мощности влечет за собой уменьшение суммарных потерь активной энергии в энергосистеме и двигателе;4) регулирование напряжения, подводимого к электродвигателю при тиристорном управлении; 5) повышение качества ремонта двигателей с сохранением их номинальных данных.

2. Изменение схемы электроснабжения: 1) замена, перестановка и отключение трансформаторов, загружаемых в среднем менее чем на 30% от их номинальной мощности; 2) замена асинхронных двигателей синхронными двигателями той же мощности, где это возможно по технико-экономическим соображениям; 3) применение синхронных двигателей для всех новых установок электропривода, где это приемлемо по технико.-экономическим соображениям;

4. Применение компенсирующих устройств.

Выбор типа, мощности, места установки и режима работы компенсирующих устройств должен обеспечивать наибольшую экономичность при соблюдении всех технических требований. Выполнение технических требований должно обеспечивать: допустимые режимы напряжений в питающих и распределительной сетях; допустимые токовые нагрузки всех элементов сети; режимы работы источников реактивной мощности в заданных пределах; необходимый резерв реактивной мощности в узлах сети; статическую устойчивость работы сети и электроприемников.

Критерием экономичности является минимум приведенных затрат.

Мощность компенсирующего устройства Q_комп должна определяться как разность между реактивной мощностью нагрузки предприятия Q и предельной реактивной мощностью Q_Э, предоставляемой предприятию энергосистемой по условиям режима ее работы:

Синхронные двигатели. Компенсирующая способность двигателя определяется нагрузкой на его валу, напряжением, подведенным к зажимам двигателя, и током возбуждения. При токе возбуждения ниже номинального компенсирующая способность двигателя снижается.

Обычно в практических условиях нагрузка синхронных двигателей на валу составляет 50-100% от номинальной. При такой нагрузке, а также при регулировании напряжения, подводимого к электродвигателю, можно использовать электроприводы с СД в качестве компенсаторов реактивной мощности при работе их с опережающим коэффициентом мощности.

Синхронные компенсаторы. Компенсатор – это СД, работающий в режиме х.х., т. е. без нагрузки на валу. Это позволяет специально изготовлять синхронные компенсаторы с меньшим воздушным зазором и облегченным валом по сравнению с обычными СД. При перевозбуждении синхронный компенсатор генерирует опережающую реактивную мощность, а при недовозбуждении потребляет отстающую реактивную мощность. Это свойство синхронных компенсаторов используется как для повышения коэффициента мощности, так и для регулирования напряжения в электрических сетях.

Преимущества: возможность автоматического плавного регулирования напряжения в большом диапазоне, чем обеспечивается увеличение статической и динамической устойчивости в энергетической системе, а также достаточно высокая надежность работы.

Недостатки: относительно высокая стоимость и, следовательно, высокие удельные капитальные затраты на компенсацию; значительно большие удельные потери активной мощности на компенсацию по сравнению со статическими конденсаторами; большая занимаемая площадь и шум при работе.

Указанные особенности синхронных компенсаторов, а также возможность их пуска только от источников питания большой мощности ограничивают их применение на подстанциях энергетических систем.

Статические конденсаторы. Статические конденсаторные установки изготовляют из определенного числа конденсаторов, которые в зависимости от рабочего напряжения и расчетной реактивной мощности соединяют между собой параллельно, последовательно или параллельно-последовательно.

Компенсация реактивной мощности электроустановок промышленных предприятий осуществляется с помощью статических конденсаторов, включаемых обычно параллельно электроприемникам (поперечная компенсация). В отдельных случаях при резкопеременной нагрузке сетей, например при питании дуговых печей, сварочных установок и др., может оказаться целесообразным последовательное включение конденсаторов (продольная компенсация).

Размещение конденсаторов в сетях напряжением до 1000 В и выше должно удовлетворять условию наибольшего снижения потерь активной мощности от реактивных нагрузок. При этом возможна компенсация:

1) индивидуальная – с размещением конденсаторов непосредственно у токоприемника. 2) групповая — с размещением конденсаторов у силовых шкафов и шинопроводов в цехах. 3) централизованная — с подключением батареи на шины 0,38, 6—10 кВ подстанции.

Передача реактивной мощности из сети напряжением 6-35 кВ в сеть до 1000 В экономически невыгодна, если требует увеличения числа цеховых трансформаторов. Для электроустановок небольшой мощности, присоединяемых к сетям 6-10 кВ, экономически оправдала компенсация реактивной мощности на стороне низкого напряжения (до 1000 В).

Батареи конденсаторов бывают регулируемые (управляемые) и нерегулируемые. В нерегулируемых число конденсаторов неизменно, а величина реактивной мощности зависит только от квадрата напряжения. В регулируемых батареях конденсаторов в зависимости от режима автоматически или вручную изменяется число включенных конденсаторов.

Преимущества: а) возможность применения как на низком, так и на высоком напряжении; б) малые потери активной мощности (0,0025—0,005 кВт/квар).

Недостатки: а) зависимость генерируемой реактивной мощности от напряжения; б) невозможность потребления реактивной мощности; в) ступенчатое регулирование выработки реактивной мощности и невозможность ее плавного изменения; г) чувствительность к искажениям формы кривой питающего напряжения.