Средства компенсации реактивной мощности

Мероприятия, проводимые по компенсации реактивной мощности эксплуатируемых или проектируемых электроустановок потребителей, могут быть разделены на следующие три группы: нс требующие применения компенсирующих устройств; связанные с применением компенсирующих устройств; допускаемые в виде исключения.

Последние два мероприятия должны обосновываться техникоэкономическими расчетами и применяться при согласовании с энергосистемой.

Мероприятия, не требующие применения компенсирующих устройств:

• 1) упорядочение технологического процесса, ведущее к улучшению энергетического режима оборудования, а следовательно, и к повышению коэффициента мощности;
• 2) переключение статорных обмоток асинхронных двигателей напряжением до 1000 В с треугольника на звезду, если их нагрузка составляет менее 40%;
• 3) устранение режима работы асинхронных двигателей без на1рузки (холостого хода) путем установки ограничителей холостого хода;
• 4) замена, перестановка и отключение трансформаторов, загружаемых в среднем менее чем на 30% от их номинальной мощности;
• 5) замена мало загруженных двигателей меньшей мощности при условии, что изъятие избыточной мощности влечет за собой уменьшение суммарных потерь активной энергии в энергосистеме и двигателе;
• 6) замена асинхронных двигателей синхронными двигателями той же мощности, где это возможно по технико-экономическим соображениям;
• 7) применение синхронных двигателей для всех новых установок электропривода, где это приемлемо по технико-экономическим соображениям.

Мероприятия, связанные с применением компенсирующих устройств:

• 1) установка статических конденсаторов;
• 2) использование синхронных двигателей в качестве компенсаторов. Мероприятия по повышению коэффициента мощности, допускаемые в виде исключения:
• 1) использование имеющихся на предприятиях синхронных генераторов в качестве синхронных компенсаторов;
• 2) синхронизация асинхронных двигателей, причем она допускается при нагрузке на валу не выше 70% от номинальной мощности и соответствующем ТЭО.

При питании постоянным током фазный ротор втягивается в синхронизм и может работать с опережающим коэффициентом мощности, приобретая свойства, сходные со свойствами синхронного двигателя, но со значительно меньшей перегрузочной способностью.

Синхронизацию асинхронных двигателей с фазным ротором применяют только для двигателей, уже находящихся в эксплуатации.

Особенности некоторых компенсирующих устройств. По сравнению с асинхронными синхронные двигатели имеют следующие преимущества:

а) возможность использования в качестве компенсирующих устройств при сравнительно небольших дополнительных первоначальных затратах, поскольку при работе с опережающим коэффициентом мощности полная мощность синхронного двигателя 5_НОм.сн> определяющая его стоимость, растет в гораздо меньшей степени, чем его компенсирующая способность:

• б) экономичность изготовления на небольшое число оборотов; при этом отпадает необходимость в промежуточных передачах между двигателем и рабочей машиной;
• в) меньшую зависимость вращающего момента от колебаний напряжения: у синхронного двигателя момент пропорционален напряжению в первой степени, а у асинхронного — во второй степени;
• г) более высокую производительность рабочего агрегата при синхронном электроприводе, поскольку скорость двигателя не зависит от нагрузки;
• д) меньшие потери активной мощности, так как КПД синхронных двигателей выше, чем КПД асинхронных.

Компенсирующая способность двигателя определяется на1рузкой на его валу, напряжением, подведенным к зажимам двигателя, и током возбуждения. С уменьшением тока 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 синхронными двигателями в качестве компенсаторов реактивной мощности при работе их с опережающим коэффициентом мощности. Например, для электродвигателя типа СДН-18−24−40 (Р_ном. _с = 615 кВт, п = 150 об/мин) при коэффициенте нагрузки к_и = 0,8 и (/"_OM = 6 кВ компенсирующая способность составляла 1,27; при U = 0,95?/_НОМ компенсирующая способность увеличивалась до 1,40, а при к_н = 0,7 она повысилась до 1,45.

Синхронный двигатель, работающий в режиме холостого хода, т. е. без механической нагрузки на валу, представляет собой синхронный.

компенсатор. Это позволяет изготовлять специальные синхронные компенсаторы с меньшим воздушным зазором и облегченным валом, но сравнению с обычными синхронными двигателями.

При перевозбуждении синхронный компенсатор генерирует опережающую реактивную мощность, а при недовозбуждении потребляет отстающую реактивную мощность. Это свойство синхронных компенсаторов используется для регулирования реактивной мощности, повышения коэффициента мощности и для регулирования напряжения в электрических сетях.

Преимущества синхронных компенсаторов: плавное и автоматическое регулирование реактивной мощности и напряжения в большом диапазоне, что обеспечивает увеличение статической и динамической устойчивости в энергетической системе, а также высокая надежность ее работы.

Недостатки синхронных компенсаторов: относительно высокая стоимость, а следовательно, и высокие удельные капитальные затраты на компенсацию; удельный расход активной мощности на компенсацию (0,027 кВт/кВАр), что значительно больше по сравнению со статическими конденсаторами (0,003 кВт/кВАр); большая занимаемая производственная площадь и шум, производимый при работе.

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

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

Компенсацию реактивной мощности электроустановок промышленных предприятий осуществляют с помощью статических конденсаторов, включаемых обычно параллельно ЭП (поперечная компенсация). В отдельных случаях при резкоиеременной на1рузке 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. В этом случае от реактивных токов разгружается вся сеть системы электроснабжения (сети внешнего и внутреннего электроснабжения и распределительные сети до токоприемников). Однако недостатком такого размещения является неполное использование большой установленной мощности конденсаторов, размещенных у токоприемников;
• 2) групповая с размещением конденсаторов у силовых шкафов и шинопроводов в цехах. В этом случае распределительная сеть до токоприемников не разгружается от реактивных токов, но значительно увеличивается время использования батареи конденсаторов по сравнению с индивидуальной компенсацией;
• 3) централизованная с подключением батареи на шины 0,4 кВ и на шины 6−10 кВ подстанции.

В первом случае от реактивных токов разгружаются трансформаторы подстанции, тогда как питающая и распределительная сети низшего напряжения от реактивных токов не разгружаются. Во втором случае от реактивных токов разгружаются только сети энергосистемы, а трансформаторы подстанций не разгружаются.

Конденсаторы напряжением 6−10 кВ следует устанавливать на цеховых ТП, имеющих РУ напряжением 6−10 кВ, на распределительных пунктах и, как исключение, на ГПП. На бесшинных цеховых ТП батареи конденсаторов 6−10 кВ устанавливать не рекомендуется. Мощность рассматриваемых батарей конденсаторов не должна быть менее 400 кВАр при присоединении конденсаторов через отдельный выключатель и не менее 100 кВ Ар при присоединении конденсаторов через общий выключатель с силовым трансформатором, асинхронным двигателем и другими электроприемниками.