Компенсирующие устройства реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности - важнейший фактор повышения эффективности работы электросетей. Давайте разберемся, какие бывают компенсирующие устройства, их особенности и применение.

1. Назначение и классификация компенсирующих устройств

Компенсирующие устройства реактивной мощности предназначены для поддержания оптимальных параметров электрической сети. Они могут как генерировать, так и потреблять реактивную мощность в зависимости от режима работы сети.

Основными видами компенсирующих устройств являются:

• Конденсаторные установки
• Электрические реакторы (дроссели)
• Синхронные компенсаторы
• Статические компенсаторы на основе полупроводниковых приборов

По способу регулирования компенсирующие устройства делятся на статические и динамические. Статические имеют фиксированные параметры, а динамические позволяют плавно изменять вырабатываемую или потребляемую реактивную мощность.

Компенсирующие устройства реактивной мощности подбираются индивидуально для каждого узла электрической сети в зависимости от таких факторов как:

• Характер и величина нагрузок в узле
• Требуемая степень компенсации реактивной мощности
• Допустимые габариты и масса устройств
• Наличие высших гармоник в сети
• Необходимость регулирования в автоматическом режиме

2. Конденсаторные установки

Наиболее распространенным видом компенсирующих устройств реактивной мощности являются конденсаторные установки (КУ). Они представляют собой батареи электрических конденсаторов в комбинации с регулирующей и защитной аппаратурой.

Конденсаторные установки (КУ) — специальные емкостные КУ, пред­назначенные для выработки реактивной мощности.

Принцип действия конденсаторных установок основан на использовании электрической емкости конденсаторов. При подключении к электрической сети конденсаторы генерируют реактивную мощность, компенсируя ее недостаток в узле.

Основные области применения конденсаторных установок:

• Компенсация реактивной мощности на промышленных предприятиях, имеющих большое количество асинхронных электроприводов
• Повышение cos φ в распределительных электрических сетях
• Компенсация емкостной нагрузки в сетях с преобладанием индуктивных потребителей

Основные достоинства КУ:

• Простота и надежность конструкции
• Минимальные эксплуатационные расходы
• Отсутствие подвижных частей

К недостаткам можно отнести:

• Зависимость выходных параметров от напряжения в сети
• Отсутствие регулирования в автоматическом режиме (в простейшем исполнении)

Различают следующие основные виды конденсаторных установок:

1. Нерегулируемые (статические) КУ
2. Регулируемые КУ с релейным управлением
3. Регулируемые КУ с тиристорным управлением

Для выбора мощности конденсаторной установки производят расчет необходимой реактивной мощности компенсации по формуле:

Q_c = Q_н×tg(arccosφ₁) - Q_н×tg(arccosφ₂)

где Q_н - реактивная мощность нагрузки, φ₁ - требуемый коэффициент мощности после компенсации, φ₂ - коэффициент мощности до компенсации.

Исходя из рассчитанного значения Q_c выбирают стандартную конденсаторную установку ближайшей большей мощности.

3. Реакторы и дроссели

Электрические реакторы (дроссели) используются в качестве компенсирующих устройств реактивной мощности, работающих только на поглощение. Их основное назначение - ограничение токов высших гармоник в электрических сетях.

Конструктивно реакторы выполняются в виде катушки индуктивности на магнитопроводе из электротехнической стали. Обмотки могут быть медными или алюминиевыми в зависимости от рабочего тока.

Отличительной особенностью работы реакторов является сильная зависимость их индуктивности от тока в обмотках. Это свойство используется для ограничения токов высших гармоник, имеющих бóльшую амплитуду.

Дроссели применяются в следующих случаях:

• В составе фильтров высших гармоник
• Для ограничения пусковых токов мощных двигателей
• Как шунтирующий реактор в электрических сетях высокого напряжения

4. Выбор мощности реакторов

Мощность реактора определяется из расчета требуемой компенсации реактивной мощности высших гармоник:

Кр = Ид.U.sinφ

где:

Кр - мощность реактора, квар

Ид - действующее значение тока высшей гармоники, А

U - напряжение сети, В

sinφ - синус угла сдвига фаз между током и напряжением

5. Синхронные компенсаторы

Синхронные компенсаторы относятся к динамическим компенсирующим устройствам реактивной мощности . Они представляют собой синхронные электрические машины, работающие без нагрузки на валу.

6. Статические компенсаторы

Статические компенсаторы реактивной мощности 10 кв создаются на базе полупроводниковых приборов - тиристоров или транзисторов. Они имеют высокое быстродействие и могут использоваться для компенсации резких бросков реактивной нагрузки.

7. Применение компенсаторов дома

Для бытовых электросетей компенсирующие устройства реактивной мощности дома обычно не требуются. Исключением являются случаи использования мощного сварочного или станочного оборудования.

8. Системы управления компенсирующими устройствами

Для автоматического поддержания параметров электрической сети компенсирующие устройства оснащаются системами управления.

Простейшие системы работают по принципу включения или отключения ступеней компенсации при выходе контролируемого параметра (напряжения, тока) за установленные пределы. Такое релейно-контакторное управление используется в конденсаторных установках.

Более совершенные микропроцессорные регуляторы обеспечивают плавное регулирование параметров синхронных компенсаторов и статических компенсирующих устройств. Они позволяют поддерживать заданный режим работы с высокой точностью.

9. Выбор мест установки компенсирующих устройств

Оптимальное размещение компенсирующих устройств определяется на основе расчетов электрических режимов с учетом:

• Существующих и прогнозируемых нагрузок
• Конфигурации сети
• Наличия мест для установки оборудования

При значительной удаленности нагрузок целесообразно применять распределенную компенсацию, размещая компенсирующее устройство в непосредственной близости от группы потребителей реактивной мощности.

10. Особенности эксплуатации компенсирующих устройств

Для обеспечения надежной работы компенсирующего оборудования необходимо:

• Соблюдать условия эксплуатации согласно технической документации
• Проводить периодические осмотры и техническое обслуживание
• Обеспечить отведение тепла от устройств ограниченной мощности

Планово-предупредительные ремонты позволяют предотвратить внезапные отказы компенсирующего оборудования.