Средства компенсации.

Для уменьшения затрат на установку специальных компенсирующих устройств проводятся следующие мероприятия:
упорядочение технологического процесса, ведущее к улучшению энергетического режима оборудования и к повышению коэффициента мощности;
выбор электродвигателей и трансформаторов с оптимальной их загрузкой;
преимущественное применение синхронных электродвигателей, когда это возможно и целесообразно по условиям сети и производства;
применение устройств, ограничивающих холостой ход электроприемников (асинхронных электродвигателей, трансформаторов), в частности широкое внедрение ограничителей холостого хода для устранения холостой работы асинхронных двигателей в тех случаях, когда продолжительность межоперационного периода превышает 10 с;
применение переключателей с треугольника на звезду у тех асинхронных двигателей напряжением до
1000 В, которые систематически загружаются не более чем на 40%.
При реконструкции электроснабжения производится замена незагруженных трансформаторов и электродвигателей и замена асинхронных двигателей синхронными, если последнее технически возможно и экономически целесообразно.

Рис. 27. Принципиальная схема компенсационного преобразователя.

Основным средством компенсации на промышленных предприятиях являются батареи силовых конденсаторов (КБ), подключаемые параллельно к электросети, т. е. поперечная компенсация. К их преимуществам относятся: простота, относительно невысокая стоимость, недефицитность материалов, малые удельные собственные потери активной мощности, а к недостаткам — отсутствие плавного регулирования отдаваемой в сеть реактивной мощности, пожароопасность, наличие остаточного заряда (см. ниже). Конденсаторные батареи устанавливаются вблизи от места потребления реактивной мощности, при необходимости снабжаются автоматическим регулированием для изменения присоединенной мощности при разных режимах нагрузок.
Неблагоприятное влияние на работу конденсаторных установок оказывает наличие в сети высших гармоник (см. §6).
Конденсаторы применяются также в схемах крупных компенсационных ртутно-выпрямительных агрегатов, например на заводах электролиза алюминия. На стороне катодов вентилей включается уравнительный реактор, к которому присоединяются конденсаторы (рис. 27). При периодическом заряде и разряде конденсаторов они создают дополнительные напряжения, которые заставляют ток переходить на очередную фазу раньше, чем это было бы при отсутствии в схеме конденсаторов, в результате чего преобразователь генерирует компенсирующую мощность Qn. Следовательно, конденсаторы выполняют в основном только функцию коммутирующего звена; общий компенсирующий эффект Кэ от их применения значительно превышает их номинальную мощность

На подстанциях с несколькими преобразователями обычно применяется не более одного-двух компенсационных преобразователей, что обычно достаточно для улучшения общего коэффициента мощности всей установки. Разрабатывается схема компенсации с тиристорными преобразователями.

К широкому применению для генерации реактивной мощности рекомендуются синхронные электродвигатели в большом диапазоне их мощностей. Они способны отдавать реактивную мощность в сеть на месте потребления при полезной нагрузке на валу, допускают форсировку возбуждения и широкие пределы регулирования отдаваемой реактивной мощности, меньше зависят от колебаний напряжения, чем косинусные конденсаторы, повышают устойчивость системы.
Значение реактивной мощности, генерируемой СД, зависит от их загрузки по активной и реактивной мощности и от относительного напряжения на их зажимах.
Целесообразно применять синхронные двигатели совместно с конденсаторами, которые осуществляют в основном компенсацию базисной части суточного графика реактивной нагрузки, а синхронные двигатели, главным образом, снижают пики графика.
Синхронные компенсаторы (СК) на промышленных предприятиях применяются редко — при больших мощностях компенсирующих устройств, на подстанциях, имеющих районное значение, а также иногда на крупных электропечных установках (дуговых и руднотермических).
Использование реактивной мощности генераторов заводских станций экономически целесообразно, если это не вызывает увеличения числа или сечения питающих линий, числа устанавливаемых трансформаторов и других сетевых затрат, связанных с передачей реактивной мощности от генераторов.
При определенных условиях учитываются также реактивные мощности, генерируемые воздушными линиями и токопроводами напряжением выше 20 кВ и кабельными линиями напряжением 6 кВ и выше, которые пропорциональны их длине и квадрату напряжения. Средние значения реактивной мощности, генерируемой различными линиями, приведены в [Л. 5].
Распределение мощности компенсирующих устройств в сетях производится в основном из условия наибольшего снижения потерь активной мощности от реактивных нагрузок. Установка конденсаторов относительно большей мощности производится в местах наибольших реактивных нагрузок и сопротивлений питающих линий. Это обеспечивает повышение напряжения в тех частях сети, где это напряжение ниже расчетного уровня.
Не рекомендуется чрезмерное разукрупнение конденсаторных установок, так как это приводит к значительному увеличению удельных затрат на отключающую аппаратуру, измерительные приборы и конструкции на установленный 1 кВАр батареи. Единичная мощность батарей на напряжение 6—10 кВ принимается не менее
400 кВАр, если присоединение выполняется с помощью отдельного выключателя. В сетях низкого напряжения не рекомендуется снижать мощность конденсаторных батарей до величины менее 30 кВАр. Если расчетная мощность батареи на отдельных участках получается менее указанных величин, то конденсаторы на них не устанавливаются, а полученная по расчету мощность конденсаторов перераспределяется между близко расположенными другими более мощными батареями путем пропорционального увеличения их мощности.
В сетях 6—10 кВ в первую очередь следует полностью использовать для компенсации реактивную мощность работающих СД [Л. 1]. При отсутствии СД нли недостаточности их реактивной мощности дополнительно применяются конденсаторы, которые устанавливаются либо на цеховых подстанциях, имеющих РУ 6—10 кВ, либо на РП. Целесообразна также установка конденсаторов на вторичном напряжении ПГВ 110—220 кВ, которые в данном случае выполняют функции РП и от которых непосредственно производится распределение электроэнергии по цеховым подстанциям.
Не рекомендуется устанавливать конденсаторы напряжением 6—10 кВ на бесшинных цеховых подстанциях, на которых трансформаторы присоединены наглухо или только через разъединитель, так как присоединение конденсаторных батарей к этим подстанциям вызовет их усложнение и удорожание.
В сетях 380—660 В для компенсации реактивной мощности также следует в первую очередь использовать свободную реактивную мощность СД 6—10 кВ, оставшуюся после компенсации реактивных нагрузок в сети 6—10 кВ, если это экономически целесообразно. Передача реактивной мощности от СД 6—10 кВ в сеть напряжением до 1000 В, как правило, оказывается невыгодной, если это вызывает увеличение числа понижающих трансформаторов. Это, в основном, объясняется тем, что стоимость комплектных трансформаторных подстанций очень велика. По этой же причине может оказаться нецелесообразной передача в сеть низкого напряжения реактивной мощности от генераторов заводской ТЭЦ.

Нерегулируемые конденсаторные батареи на напряжение 380—660 В обычно устанавливаются на цеховых распределительных пунктах или присоединяются к магистральным токопроводам, если этому не препятствует окружающая среда. Получается значительно лучшее использование конденсаторов, чем при индивидуальной компенсации, и разгружаются питательная сеть и трансформаторы цеховых подстанций. Место установки регулируемых конденсаторных батарей в сетях до 1000 В выбирается с учетом требований регулирования напряжения или реактивной мощности.

Рис. 28. Распределение мощности конденсаторов в сетях низкого напряжения.
а — при радиальной схеме; б — при магистральной схеме.
Централизованная установка конденсаторов 380—660 В на цеховых подстанциях нецелесообразна, так как это не дает снижения потерь в сети низкого напряжения. Она может быть применена лишь в тех случаях, когда размещение конденсаторов в цехе недопустимо по условиям пожарной безопасности и в то же время имеется необходимость в разгрузке силового трансформатора на подстанции. В этих случаях нужно произвести уточнение целесообразной мощности конденсаторов напряжением до 1000 В по сравнению с конденсаторами напряжением выше 1000В. При выборе цеховых конденсаторных батарей (КБ) следует стремиться (в пределах их типажа), чтобы их мощность была близка к реактивным нагрузкам цехового РП, к которому присоединена эта батарея, так как это дает наибольший экономический эффект от снижения потерь энергии в сети.
Распределение мощностей конденсаторов радиальной сети (рис. 28, с) производится по формуле

где QK» — искомая реактивная мощность КБ в данном пункте, Мвар; Q — суммарная распределяемая реактивная мощность, Мвар; — сопротивление радиальной линии питающей данный пункт, Ом; гэ — эквивалентное сопротивление сети, Ом, определяемое по формуле

При распределении мощностей конденсаторов в магистральных сетях, в частности при присоединении КБ к магистральным токопроводам, в большинстве случаев можно пренебречь потерями энергии в ответвлениях г и г2 и т. д. от магистрали к КБ, так как их длина обычно невелика. На рис. 28,6 приведен пример распределения реактивных нагрузок Qu и мощностей конденсаторов Qh при присоединении их к токопроводам 380—660 В. При суммарной реактивной мощности Q=770 кВАр применены стандартные батареи по 225 и 150 кВАр на суммарную мощность 750 кВАр. Если нельзя пренебречь потеря- Ми электроэнергии в ответвлениях от магистрали, то определение эквивалентного сопротивления производится по формуле сложения двух параллельно соединенных сопротивлений. Так, например, эквивалентное сопротивление в узловой точке 3 (рис. 28,6) определится по формуле
Для небольших электроустановок, присоединяемых к действующим сетям 6—10 кВ, как правило, экономически целесообразна полная компенсация реактивной мощности на вторичном напряжении 380—660 В.