Батареи конденсаторов

Батареи конденсаторов (БК) применяются:

а)для генерации реактивной мощности в узлах сети – поперечной компенсации (шунтовые БК);

б)для уменьшения реактивного сопротивления линий – продольной компенсации [установки продольной компенсации (УПК)].

Шунтовые БК включают на шины подстанций (рис.6.1,б), УПК включают в линии последовательно.

Батареи конденсаторов комплектуются из отдельных конденсаторов, соединенных последовательно и параллельно (рис.6.2). Конденсаторы выпускаются в однофазном и трехфазном исполнениях на номинальное напряжение 0,22-10,5 кВ. Единичная мощность конденсаторов составляет 10-125 квар. Шунтовые конденсаторные батареи применяют на напряжениях до 110 кВ. Увеличение рабочего напряжения БК достигается увеличением числа последовательно включенных конденсаторов (рис.6.2,а). Для увеличения мощности БК применяют параллельное соединение конденсаторов (рис.6.2,б). Для комплектования БК напряжением 6 кВ и выше наиболее подходящими и освоенными в производстве являются однофазные конденсаторы на номинальное напряжение 0,66; 1,05; 6,3 кВ. Конденсаторы на напряжение 0,66 и 1,05 кВ называют конденсаторами низкого напряжения.

В сетях трехфазного тока конденсаторы включаются звездой и треугольником (рис.6.2,в,г). При соединении конденсаторов звездой мощность батареи

.

а) б)

в) г)

Рис.6.2 Принципиальные схемы батарей конденсаторов:

а, б – последовательное и параллельное соединение конденсаторов;

в, г – соединение фаз БК треугольником и звездой.

При соединении конденсаторов треугольником мощность батареи

.

Таким образом, при соединении конденсаторов треугольником мощность батареи оказывается в 3 раза больше. При напряжении до 1 кВ конденсаторы обычно включают треугольником. В энергосистемах БК на напряжение 6 кВ и выше соединение выполняется только по схеме звезды с изолированной или глухо заземленной нейтралью в зависимости от режима нейтрали сети, в которой устанавливаются БК.

В конденсаторах, применяемых в компенсирующих устройствах, в качестве диэлектрика используется бумага, пропитанная минеральным маслом или синтетической жидкостью. Известны разработки конденсаторов повышенной мощности с диэлектриком из синтетической пленки, имеющих малые габариты.

Батареи конденсаторов бывают регулируемые (управляемые) и нерегулируемые. В нерегулируемых число конденсаторов неизменно, а величина реактивной мощности зависит только от квадрата напряжения. Суммарная мощность нерегулируемых батарей конденсаторов не должна превышать наименьшей реактивной нагрузки сети.

В регулируемых батареях конденсаторов в зависимости от режима автоматически или вручную изменяется число включенных конденсаторов. Выпускаются регулируемые комплектные батареи конденсаторов на напряжения 0,38; 6 и 10 кВ, снабженные пускорегулирующим устройством, необходимым для автоматического изменения мощности батареи (контакторами или выключателями).

На практике изменение мощности, вырабатываемой батареей в нормальных эксплуатационных условиях, достигается включением или отключением части конденсаторов, составляющих батарею, то есть путем ступенчатого регулирования. Одноступенчатое регулирование заключается в отключении или включении всех конденсаторов батареи, многоступенчатое – в отключении или включении отдельных секций батареи, снабженных контакторами или выключателями.

При отключении конденсаторов необходима их автоматическая (без участия дежурного персонала) разрядка на активное сопротивление, присоединенное к батарее. Величина его должна быть такой, чтобы при отключении не возникло перенапряжений на зажимах конденсаторов. В качестве разрядного сопротивления для конденсаторных установок напряжением 6-10 кВ используется активное сопротивление трансформаторов напряжения (TV). Для БК до 1 кВ применяют специальные разрядные сопротивления (R_р.с на рис.6.3). Защита конденсаторов осуществляется плавкими предохранителями, включаемыми по одному в цепь каждого конденсатора. Кроме того, батарея в целом защищается с помощью предохранителей или выключателей в цепи батареи (рис.6.4).

Продольная компенсация для уменьшения реактивного сопротивления линии иллюстрируется рис.6.5. В нормальном режиме через УПК течет ток . При этом напряжение на УПК равно

,

где - номинальное напряжение сети.

а) б)

Рис.6.3 Схемы разрядки батарей конденсаторов:

а – через разрядное сопротивление;

б – через трансформатор напряжения.

а) б)

Рис.6.4 Включение батарей конденсаторов:

а – под отдельный выключатель;

б – под выключатель нагрузки потребителя (ВН).

Рис.6.5 Схема включения УПК

При коротком замыкании через батарею конденсаторов течет большой ток короткого замыкания и напряжение на УПК сильно возрастает. Необходима защита УПК от перенапряжений. Кроме того, УПК должна быть изолирована от земли на полное номинальное напряжение линии. Батареи конденсаторов в УПК, например воздушной линии 6 кВ, монтируют на опоре линии.

В сетях систем электроснабжения промышленных предприятий возможны следующие виды компенсации с помощью БК: а)индивидуальная – с размещением конденсаторов непосредственно у токоприемника; б)групповая – с размещением конденсаторов у силовых шкафов и шинопроводов в цехах; в)централизованная – с подключением батареи на шины 0,38 и 6-10 кВ подстанции. Во избежание существенного возрастания затрат на отключающую аппаратуру мощность батарей конденсаторов должна быть не менее 400 квар при присоединении конденсаторов через отдельный выключатель и не менее 100 квар при присоединении конденсаторов через общий выключатель к силовым трансформаторам, асинхронным двигателям и другим электроприемникам.

Основные технико-экономические преимущества конденсаторов в сравнении с другими компенсирующими устройствами состоят в следующем: а)возможность применения как на низком, так и на высоком напряжении; б)малые потери активной мощности (0,0025-0,005 кВт/квар). Недостатки конденсаторов с точки зрения регулирования режима: а)зависимость генерируемой ими реактивной мощности от напряжения; б)невозможность потребления реактивной мощности; в) ступенчатое регулирование выработки реактивной мощности и невозможность её плавного изменения; г)чувствительность к искажениям формы кривой питающего напряжения.

Удельная стоимость (за 1 квар реактивной мощности) БК совместно с пускорегулирующей аппаратурой наименьшая по сравнению со стоимостью других компенсирующих устройств. Конденсаторные батареи имеют ряд эксплуатационных преимуществ: простота эксплуатации (ввиду отсутствия вращающихся и трущихся частей); простота производства монтажа (малая масса, отсутствие фундамента); возможность использования для установки конденсаторов любого сухого помещения. Среди эксплуатационных недостатков БК следует отметить малый срок службы (8-10 лет) и недостаточную электрическую прочность (особенно при коротких замыканиях и напряжениях выше номинального).