тд Неотех

Область застосування компенсуючих високовольтних конденсаторів

Застосовуючи систему компенсації реактивної потужності в електричних мережах, призначених для розподілу електроенергії або для електроживлення високовольтних машин, можна забезпечити окупність своїх інвестицій в набагато коротші терміни.

Високовольтні силові конденсатори призначені для застосування в електричних мережах з напругою понад 1 кВ. (Нормальний робочий напруга високовольтної мережі).

До таких систем відносяться:

цементні заводи;
дугові електропічні установки;
хімічні і нафтохімічні заводи;
водонасосні станції;
центри управління високовольтними двигунами;
водоочисні установки, опріснювальні установки;
вітрові електростанції;
аеропорти;
електростанції і міні-електростанції;
центри / підстанції передачі електроенергії;
целюлозно-паперові заводи;
енергорозподільчі компанії;
загальногосподарські великі підприємства.

Компенсація реактивної потужності на стороні високої або низької напруги

У разі комплексів і установок низької напруги, що живляться від мережі високої напруги, завжди існують сумніви щодо того, з якого боку слід передбачити компенсацію потужності - з боку високого або низької напруги?

Розрахунок необхідної реактивної потужності необхідно виконувати на основі відомої величини потужності, споживаної установкою. Якщо за результатами розрахунків величина необхідної реактивної потужності є великий, компенсацію реактивної потужності рекомендується застосовувати з боку високої напруги.

Компенсація з боку високої напруги рекомендується також, якщо обчислена необхідна реактивна потужність становить не менше 1 МВАр.

Однак, як правило, в подібних установках встановлюють низьковольтні компенсації реактивної потужності. З іншого боку, у великих промислових комплексах, які споживають струм як низького, так і високого напруги, потрібно двостороння компенсація реактивної потужності. Низьковольтну систему компенсації реактивної потужності можна застосовувати в розподільних щитах мережі низької напруги, а високовольтну - на підстанціях або в високовольтних енерговузла.

Застосування тільки одного типу компенсації реактивної потужності небажано. При використанні високовольтної системи досить важко скласти достовірний графік навантаження в кВАр.

Переваги установки конденсаторів

Зниження споживання реактивної потужності індуктивних навантажень забезпечить зниження енерговитрат за рахунок збільшення коефіцієнта потужності.

збільшення активної потужності на виході силових трансформаторів,
зниження втрат енергії в кабелях і провідниках за рахунок зменшення сили струму,
збільшення терміну служби розподільних пристроїв і підключених до них кабелів за рахунок зменшення сили струму.
збільшення напруги на приймальному кінці. В цьому випадку конденсатори рекомендується підключати до навантажувальних кінця або поруч з точкою споживання енергії.
компенсація реактивної потужності за рахунок установки високовольтних конденсаторів в місцях генерації гармонік дозволять знизити кількість складових гармонік в низьковольтної системі.

Компенсація потужності силових трансформаторів

Основними споживачами реактивної потужності є силові трансформатори, тому установка конденсаторів разом з силовими трансформаторами для підключення повного навантаження має ряд технічних переваг.

При визначенні сумарних втрат реактивної потужності необхідно враховувати, що струм намагнічування є практично постійним в діапазоні від нульової до повного навантаження, завдяки чому в трансформаторі зберігається практично постійна потужність холостого ходу, незалежно від режиму навантаження. Вищевказана величина визначає величину компенсації реактивної потужності холостого ходу.

Крім того трансформатори забезпечують подачу реактивної потужності підключених навантажень, яка безсумнівно змінюється в залежності від коливань навантаження.

Таблиця характеристик нерегульованої компенсації реактивної потужності високовольтних силових трансформаторів:

Номінальна потужність, МВА

Первинне напруга, В

Вторинна напруга, В

Вказані значення є орієнтовними

Qt = Sn • Io + Ucc • (S / Sn) 2 • Sn

За допомогою зазначеної вище формули розраховується величина реактивної потужності, споживаної трансформатором, де:

Qt - повна реактивна потужність;
Sn - номінальна потужність трансформатора;
Io - струм холостого ходу;
Ucc - напруга короткого замикання;
S - фактичне навантаження трансформатора.

Дана потужність включає в себе дві складові:

Перша складова (Sn. Lo) є постійною величиною, що залежить від струму намагнічування, і дорівнює 0,5 - 2,5% від номінальної потужності трансформатора.

Величина другої складової пропорційна квадрату фактичного навантаження на трансформатор, що випробовується в будь-який момент часу.

Повна споживана реактивна потужність розподільного трансформатора становить близько 10% від повного навантаження.

Виробники трансформаторів рекомендують не використовувати для постійної нерегульованої компенсації конденсатори, номінальна реактивна потужність яких становить понад 15% від номінальної реактивної потужності при повному навантаженні трансформатора. Це дозволить уникнути можливих пошкоджень трансформатора, що працює протягом тривалого часу в режимі холостого ходу.

Компенсація потужності електродвигунів і асинхронних генераторів

Іншими великими споживачами, які, як правило, підключаються до мережі високої напруги, є електродвигуни та асинхронні генератори. Дані агрегати є відповідальними споживачами, тому їх установка, експлуатація та технічне обслуговування вимагають особливої уваги. Існують три можливі способи компенсації реактивної потужності цього типу споживачів, що підключаються до мережі високої напруги:

за допомогою конденсаторів з прямим підключенням до клем машини;
за допомогою конденсаторів з паралельним підключенням до машини;
автоматична групова компенсація реактивної потужності.

В машинах змінного струму реактивна потужність складає близько 30 - 40% від номінального значення. Отже, вони є великими споживачами реактивної потужності, що надходить від системи. Як правило, корекція коефіцієнта потужності таких установок здійснюється шляхом прямого підключення конденсаторної батареї відповідного номіналу до клем електродвигуна.

При цьому розподільчий пристрій, органи управління і система захисту машини одночасно обслуговують і конденсатор, і саму машину. Це найбільш загальноприйнятий і економічний спосіб компенсації реактивної потужності обертових машин. Однак, для забезпечення більшої рентабельності експлуатації та технічного обслуговування конденсатора, його можна підключити до клем машини або до шин через окреме розподільний пристрій. Подальші дії залежать від зробленого вибору.

Якщо в центрі управління двигуна до однієї шині підключені декілька двигунів, найкращим способом буде встановити високовольтний модуль компенсації коефіцієнта потужності, так само як і в разі низьковольтних систем. При цьому встановлюється конденсаторна батарея, номінальна реактивна потужність якої узгоджується з номінальною потужністю різних двигунів, підключених до системи, і з максимальною кількістю двигунів, які завжди залишаються включеними в мережу. Батарея ділиться на декілька рівнів з рівною або нерівній реактивною потужністю в залежності від режиму навантаження. Включення і вимикання ступенів конденсатора відбувається автоматично. Даний тип установки відрізняється від інших значними початковими витратами. Однак в довгостроковій перспективі даний спосіб може бути більш вигідним завдяки забезпечується їм точності і ефективності компенсації реактивної потужності.

Конденсатор з прямим підключенням до клем машини

На малюнку показаний спосіб з'єднання. Система управління і захисту є спільною для конденсаторів і машини. При цьому потрібно ввести обмеження по струму le ≤ lo (струм холостого ходу електродвигуна), так щоб знизити до мінімуму можливість самозбудження.

Максимально допустима реактивна потужність конденсатора визначається за такою формулою:

Qm = 0,9 x lo x Un x √3

Qm = 2 x Pn x (1-cosφi)

(Як правило, Qm відповідає 40% -30% від Pn в залежності від коефіцієнта cosφ, який становить 0,8 0,85)

При цьому максимальний коефіцієнт потужності cosφ окремого електродвигуна приблизно дорівнює 0,95.

Qm - максимальна потужність конденсатора, кВАр
Io - струм холостого ходу електродвигуна, A
Un - номінальна напруга, В
Pn - номінальна потужність електродвигуна, кВт
cosφi - початковий коефіцієнт потужності.

Виділені синім кольором цифри позначають величину реактивної потужності конденсатора, який слід підключити до клем електродвигуна, щоб отримати вказаний кінцевий коефіцієнт потужності з мінімальною можливістю виникнення самозбудження.

Номінальна потужність електродвигуна, кВт

Конденсатор з паралельним підключенням до машини

При такому способі з'єднання виключається можливість виникнення самозбудження, а підвищення коефіцієнта потужності до значення, близького до одиниці, навпаки стає можливим.

В цьому випадку електродвигун і конденсаторна батарея обслуговуються різними пристроями управління і захисту.

При такій конфігурації електродвигун і конденсатор функціонально незалежні, а конденсаторна батарея вмикається і вимикається в міру необхідності. Повторне підключення конденсаторної батареї відбувається після закінчення достатнього часу для розряду.

При цьому виведення електродвигуна з експлуатації для проведення технічного обслуговування конденсаторних батарей не потрібно.

Номінальна реактивна потужність конденсаторної батареї визначається за такою формулою:

Qm = Pn x (tgφнач-tgφкон)

Автоматична групова компенсація реактивної потужності

Сучасний спосіб компенсації реактивної потужності передбачає корекцію коефіцієнта потужності групи електродвигунів в центрі управління двигунами.

При такому способі коефіцієнт потужності збільшується до оптимального значення при оптимальних розмірах конденсаторної батареї і її номінальної потужності, контрольованої за допомогою контролера коефіцієнта потужності. Коефіцієнт потужності підтримується рівним заданому значенню шляхом додавання / зняття конденсаторів і зміни конфігурації під'єднується навантаження.

У наведеній нижче таблиці вказані значення потужності конденсатора в квар в асинхронному електродвигуні c урахуванням значень його номінальної потужності (вт) і частоти обертання (кількості обертів)

Частота обертання машини, об. / Хв.