Поперечная ёмкостная компенсация реактивной мощности

В электроустановках промышленных предприятий для улучшения коэффициента мощности и регулирования напряжения используют конденсаторы. Конденсаторные установки обеспечивают значительное уменьшение потерь электроэнергии, увеличение пропускной способности линии, повышение напряжения.

· Токовая нагрузка на токоведущие части и коммутационную аппаратуру (выключатели автоматические, контакторы) снижается на 20-60%.

· Снижаются потери на проводниках за счет уменьшения их нагрева.

· Увеличивается срок службы проводов и кабелей.

· Высвобождается трансформаторная мощность, увеличивается срок службы трансформаторного масла.

· Возрастает качество напряжения у электроприемников, как следствие улучшается освещенность на рабочих местах, увеличивается производительность оборудования, улучшается качество изделий.

· Уменьшается уровень гармоник в сети.

В промышленных предприятиях России получили распространение три вида компенсации реактивной мощности:

а) централизованная (установка компенсирующих устройств на подстанциях предприятий);

б) групповая (установка компенсирующих устройств в цехах у распределительных и групповых щитов);

в) индивидуальная (установка компенсирующих устройств непосредственно у потребителей).

При приближении места установки компенсирующих устройств к узлам потребления электроэнергии уменьшается загрузка электрических сетей реактивной мощностью. В результате этого снижаются потери активной мощности и электроэнергии, потери напряжения и в отдельных случаях возможно уменьшение сечения электрических сетей и установленной мощности трансформаторов. С другой стороны, при приближении компенсирующих установок к местам потребления электроэнергии и установке их на низшем напряжении удельная стоимость компенсирующих устройств возрастает. Из этого следует, что технико-экономические сопоставления различных способов компенсации реактивных нагрузок сводятся к сравнению дополнительной экономии, получаемой в результате уменьшения загрузки электрической сети реактивной мощностью, с дополнительными расходами на установку более дорогого типа компенсирующего устройства.

Централизованная компенсация на низшем напряжений может быть целесообразна лишь в случаях, когда по производственным условиям размещение конденсаторов у групповых щитов невозможно; в таких условиях может быть оправдано размещение конденсаторов на главном распределительном щите подстанции или ТП.

Групповая компенсация по сравнению с централизованной при одинаковых затратах на конденсаторы имеет то преимущество, что при установке конденсаторов у групповых щитов, расположенных в цехах, получается существенная экономия на потерях электроэнергии в линиях или проводах, соединяющих групповые щиты с шинами низшего напряжения трансформаторных подстанций.

Групповая компенсация, как правило, является более предпочтительной по сравнению с индивидуальной. При установке конденсаторов у отдельных электродвигателей с присоединением их под общий выключатель использование мощности конденсаторов резко снижается, поскольку режим включения конденсаторов связан с режимом включения электродвигателей. Поэтому экономия на потерях электроэнергии в электрической сети на установленный 1 квар конденсаторов получается меньшей, нежели при групповой компенсации, когда режим включения конденсаторов может быть более длительным и зависящим от продолжительности работы целой группы электроприемников.

По условиям равномерности включения электродвигателей мощность конденсаторов, а следовательно, и затраты по ним при индивидуальной компенсации больше, чем при групповой (при одинаковом компенсирующем эффекте). Индивидуальный способ компенсации также менее эффективен, чем групповой, потому что при стандартной мощности конденсаторов в большинстве случаев невозможно обеспечить экономичное соотношение между мощностью конденсаторов и потребляемой электродвигателем реактивной мощностью. В связи с этим при установке конденсаторов у отдельных электродвигателей малой мощности (которые обычно и ухудшают коэффициент мощности) могут иметь место перекомпенсация реактивной мощности и связанное с этим увеличение потерь электроэнергии в распределительных линиях от группового щита до электроприемника. Таким образом, индивидуальная компенсация целесообразна для достаточно мощных электроприемников с длительным режимом работы при большом числе часов работы (насосы, вентиляторы, сварочные трансформаторы, электропечи и т.п.).

Особенностью графика реактивной нагрузки является незначительная разница в течение года между минимумом и максимумом.

Генераторы электростанции, как правило, не в состоянии покрыть максимум реактивной нагрузки, который снижается компенсирующими устройствами, устанавливаемыми у электроприемников и на наиболее нагруженных узловых подстанциях энергетической системы.

Наиболее выгодное распределение реактивной мощности тесно связано с обеспечением минимальных потерь электроэнергии в сетях энергетической системы. Поэтому оптимальная величина коэффициента мощности на шинах подстанций промышленных предприятий, связанных с энергетическими системами, должна определяться и задаваться энергетическими системами. Эта величина определяется из соотношения располагаемой реактивной мощности генераторов энергетической системы, потерь реактивной мощности в трансформаторах и линиях электропередачи, мощности компенсаторов на подстанциях энергетической системы и реактивной нагрузки электроустановок потребителей. Свыше 70% всей реактивной мощности, потребляемой промышленными предприятиями от энергетических систем, приходится на трехфазные асинхронные двигатели и 30% – на трансформаторы, линии электропередачи, реакторы и пр.

Оптимальная степень повышения коэффициента мощности на промышленных предприятиях зависит от того, насколько они удалены от электростанции. Эта величина коэффициента мощности должна отвечать минимуму годовых расходов по выработке и передаче электрической энергии как активной, так и реактивной. При этом следует иметь в виду, что стоимость 1 ква реактивной мощности у специальных компенсирующих устройств (конденсаторов и синхронных компенсаторов) значительно выше, чем у генераторов.

Следует отметить, что повышение коэффициента мощности на примышленных предприятиях до значений, превышающих 0,95, вряд ли является оправданным, так как при дальнейшем его повышении снижение потерь в распределительной электрической сети будет невелико.

Необходимая мощность компенсирующего устройства определяется из выражения

,

где W_a– потребление активной энергии за год, квт×ч;

tgj₁ – средневзвешенный коэффициент мощности за год;

tgj₂ – оптимальный коэффициент мощности;

Т_в – число часов работы предприятия в течение года;

– отношение минимума потребленной реактивной мощности к средней нагрузке рабочих смен.

Оптимальная мощность конденсаторов, устанавливаемых в сетях низшего напряжения, может определяться аналитическим или графическим методом. На ряде заводов конденсаторы усыновлены в цехах и подключены к групповым щиткам или непосредственно к магистральной сети наиболее загруженных линий.

Из общей мощности установленных конденсаторов по ряду энергетических систем значительный процент (50-60%) падает на конденсаторы на напряжения 220, 380 и 500 в. Однако, их высокая стоимость (конденсаторов на напряжение до 1000 В) приводит к целесообразности устанавливать конденсаторы на подстанциях 6–10 кв.

Применение конденсаторов 220 в может быть оправдано необходимостью разгрузки сетей 220 в и большой ее протяженностью (при ).

При выборе типа, напряжения и места установки компенсирующего устройства исходным критерием являются годовые издержки производства и капиталовложения, отнесенные к 1 квар мощности компенсирующего устройства. В удельные ежегодные расходы включаются расходы по содержанию компенсирующих устройств, амортизационные отчисления, стоимость потери электроэнергии и учетом экономии, получаемой от снижения потерь в электрических сетях, обусловленной разгрузкой их от реактивной мощности.

Максимальная мощность компенсирующего устройства должна выбираться с учетом потребления активной электроэнергии, типового суточного графика нагрузки и коэффициента мощности потребителя, причем коэффициент мощности после компенсации должен составлять 0,92-0,95 или в отдельных случаях пониженную величину в пределах 0,8-0,9 по согласованию с энергетической системой. При наличии на предприятии электроприемников двух напряжений, например асинхронных двигателей на напряжения 6 и 0,38 кв, наиболее правильным является установка конденсаторов также двух напряжений.