Конденсаторные установки компенсации реактивной мощности

Все виды конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности необходимы для стабилизации работы электрических сетей и снижения возможных энергопотерь. В состав этого оборудования входят батареи статических конденсаторов (БСК). Каждая БСК состоит из параллельно-последовательно соединенных в форме звезды или треугольника косинусных конденсаторов. Батарея оснащена токоограничивающими реакторами, которые нужны для регулировки тока при включении. Для защиты используется головной выключатель или трансформатор напряжения.

Конденсаторная установка

Благодаря этому процессу, возможно существенно уменьшить нагрузку на:

• провода;
• коммутационное оборудование;
• трансформаторы.

За счет уменьшения искажения формы сопротивления повышаются качество электроэнергии у конечного пользователя и срок службы всего оборудования. Но откуда берутся помехи в подаче тока, и возникает необходимость в компенсации?

Общие вопросы теории

Во всех крупных электрических сетях возникают два вида сопротивлений:

1. активное – например, у ламп накаливания, электронагревателей;
2. индуктивное – у электродвигателей, распределительных трансформаторов, сварочного оборудования, люминесцентных ламп.

Общая мощность формируется с учетом этих двух нагрузок. Подробнее эта зависимость показана на картинке ниже.

Как определить фактор мощности

Когда напряжение становится отрицательным, а ток – положительным и наоборот, происходит смещение тока по фазе. В этот момент мощность поступает в обратном направлении в сторону генератора, хотя должна идти на нагрузку. При этом электрическая энергия колеблется от нагрузки к генератору и обратно, вместо того, чтобы переходить по сети. Мощность, которая возникает во время этого процесса, называется реактивной. Такая мощность генерирует магнитное поле, которое также дает дополнительную нагрузку на силовые поля.

Для того чтобы установить полную мощность сети, необходимо определить обе составляющие: и активную, и реактивную. Значение вычисляется, исходя из фактора, или коэффициента, мощности, которым является cosφ – косинус угла, возникающий между кривыми активной и реактивной составляющих.

Активная мощность используется для преобразования в тепловую, механическую и другие полезные виды энергии. Реактивная не подходит для использования в этих целях, но без нее невозможна работа трансформаторов, генераторов и другого оборудования, функционирование которого основано на свойствах электромагнитного поля. Организации, занимающиеся электроснабжением, ведут поставку только активной нагрузки, потому что поставки реактивного сопротивления:

• увеличивают мощность оборудования за счет снижения пропускной способности;
• повышают активные потери;
• приводят к падению напряжения из-за присутствия реактивной составляющей.

Особенности установки компенсационного оборудования

Удобнее всего генерировать реактивную часть напрямую у потребителя, иначе пользователю придется платить за поставки электричества дважды. Первый раз – за поставку активной, а второй – реактивной части. Кроме того, при такой двойной поставке потребуется дополнительное оборудование. Для чтобы избежать такой ситуации, используются конденсаторные установки компенсации реактивной мощности.

Устройство для компенсации реактивной составляющей

Уровень потребляемой электроэнергии на предприятии постоянно изменяется, то есть cosφ может расти или понижаться. Таким образом, чем больше коэффициент мощности, тем выше активная составляющая и наоборот. Для регулирования данного процесса требуются конденсаторные установки, способные компенсировать реактивную составляющую.

Конденсаторы, на основе которых построена эта компенсационная аппаратура, удерживают значение напряжения на заданном уровне. Ток в конденсаторах в противоположность индуктивности работает на опережение. Таким образом, конденсаторы выступают в роли фазосдвигающего оборудования.

Все конденсаторные установки по компенсации реактивной мощности разделяются на регулируемые и нерегулируемые. Главный недостаток последних заключается в том, что при существенном изменении нагрузки и коэффициента мощности, возможна перекомпенсация. Если в цепи имеется вероятность существенного роста cosφ, использовать нерегулируемого КРМ не рекомендуется.

Регулируемые устройства способны работать в динамическом режиме, проводить мониторинг и отслеживать показания для дальнейшего анализа. Контроллер, входящий в состав этого оборудования, прямо на месте отслеживает и рассчитывает сразу несколько показателей:

• уровень реактивной нагрузки во внешней цепи;
• определяет существующий коэффициент мощности;
• сравнивает коэффициент с заданными значениями.

Если полученное значение отличается от эталона, регулятор подключает или отключает определенные конденсаторы, входящие в компенсаторную установку. Использование этого оборудования дает возможность полностью контролировать уровень подачи электроэнергии на предприятиях с большим количеством разных по назначению приборов. Особенно это важно, если точно отследить, как изменяется реактивная составляющая по сети, довольно сложно. Общий принцип компенсирования позволяет не устанавливать у каждого прибора с реактивной составляющей отдельного оборудования.

Эффективность применения конденсаторных установок

Несмотря на то, что удобнее всего компенсировать реактивную составляющую напрямую у потребителя, для улучшения качества поставляемой электроэнергии первые установки используются еще на подстанциях. Это дает возможность разгрузить сеть и уже сэкономить от 10 до 20% энергии. Поэтому на подстанциях в 0,4 кВ проводится переключение пользователей с перегруженных фаз на недогруженные.

Индивидуальные, групповые централизованные КРМ

У непромышленных абонентов качественно выровнять фазы, используя только одну конденсаторную установку, практически невозможно. Особенно это касается жилых зданий с однофазной нагрузкой. Здесь компенсацию проводят на каждой фазе и дополнительно используют фильтры, емкость которых можно менять в автоматическом режиме.

Номинальное напряжение конденсаторных установок может быть самым разным. Высоковольтное оборудование 6, 10, 35кВ используют на подстанциях. Низковольтные устройства 0,4-0,66кВ применяют непосредственно на нагрузках. За счет высокого быстродействия низковольтные приборы могут стабилизировать не только постоянную, но и скачкообразную реактивную мощность.

В общем случае компенсация реактивной мощности состоит из 2 этапов:

1. Централизованный мониторинг качества (грубая компенсация) путем выравнивания фаз и фильтрации тока на подстанциях;
2. Индивидуальная компенсация на промышленных предприятиях, их отдельных подразделениях, а также на уровне мелких потребителей – владельцев квартир и частных домов. В ходе этих работ устройство компенсации реактивной мощности уменьшает энергопотери за счет обеспечения синусоидальности тока.

Раньше проблемы энергосбережения у небольших потребителей практически не брались во внимание. Считалось, что реактивная составляющая оказывает влияние только на работу крупных предприятий, где используются индукционные печи, асинхронные двигатели, понижающие трансформаторы и другие приборы.

Конденсаторные установки на подстанциях

Но в последнее время количество используемого преобразовательного и стабилизирующего оборудования в социально-бытовой среде значительно увеличилось. Полупроводниковые преобразователи ухудшают форму кривой тока, тем самым негативно влияют на функционирование других приборов. Но пока устройства КРМ для частных коммунально-бытовых потребителей почти не применяются.

Видео