Конденсаторные установки

За счёт чего установка компенсирующих устройств позволяет регулировать напряжение, снижать потери мощности и электроэнергии.

Компенсирующие устройства — Установки, предназначенные для компенсации ёмкостной или индуктивной составляющей переменного тока. Элемент электрической сети. Условно их разделяют на устройства: а) для компенсации реактивной мощности, потребляемой нагрузками и в элементах сети (поперечно включаемые батареи конденсаторов, синхронные компенсаторы, синхронные двигатели и тому подобные устройства), б) для компенсации реактивных параметров линий (продольно включаемые батареи конденсаторов, поперечно включаемые реакторы и т.д.)

Конденсаторные установки

Другие названия: батарея статических конденсаторов «БСК», устройство компенсации реактивной мощности «УКРМ»

В качестве дополнительного источника реактивной мощности, служащего для обеспечения потребителя реактивной мощностью, сверх того количества, которое возможно и целесообразно получить от энергосистемы, и от синхронного двигателя имеющихся на предприятии устанавливаются конденсаторные батареи (КБ). Электроустановка, предназначенная для компенсации реактивной мощности. Конструктивно представляет собой конденсаторы (разг. «банки»), обычно соединённые по схеме «треугольник» и разделённые на несколько ступеней с разной ёмкостью, и устройство управления ими. Устройство управления чаще всего способно автоматически поддерживать заданный коэффициент мощности на нужном уровне переключением числа включённых в сеть «банок».

Дополнительно конденсаторная установка может содержать в себе фильтры высших гармоник.

Для безопасного обслуживания каждый конденсатор установки снабжается разрядным контуром для снятия остаточного заряда при отключении от сети.

Преимуществами конденсаторов в качестве компенсаторов реактивной мощности являются низкие потери активной мощности (порядка 0,3— 0,4% Вт/вар), отсутствие движущихся частей и неприхотливость в обслуживании. К их недостаткам можно отнести невозможность плавной регулировки реактивного сопротивления, поскольку коммутация даёт только ступенчатое изменение суммарной ёмкости.

Компенса́ция реакти́вной мо́щности — целенаправленное воздействие на баланс реактивной мощности в узле электроэнергетической системы с целью регулирования напряжения, а в распределительных сетях и с целью снижения потерь электроэнергии^[1]. Осуществляется с использованием компенсирующих устройств. Для поддержания требуемых уровней напряжения в узлах электрической сети потребление реактивной мощности должно обеспечиваться требуемой генерируемой мощностью с учётом необходимого резерва. Генерируемая реактивная мощность складывается из реактивной мощности, вырабатываемой генераторами электростанций и реактивной мощности компенсирующих устройств, размещённых в электрической сети и в электроустановках потребителей электрической энергии.

Компенсация реактивной мощности особенно актуальна для промышленных предприятий, основными электроприёмниками которых являются асинхронные двигатели, в результате чего коэффициент мощности без принятия мер по компенсации составляет 0,7— 0,75. Мероприятия по компенсации реактивной мощности на предприятии позволяют:

· уменьшить нагрузку на трансформаторы, увеличить срок их службы,

· уменьшить нагрузку на провода, кабели, использовать их меньшего сечения,

· улучшить качество электроэнергии у электроприемников (за счёт уменьшения искажения формы напряжения),

· уменьшить нагрузку на коммутационную аппаратуру за счёт снижения токов в цепях,

· избежать штрафов за снижение качества электроэнергии пониженным коэффициентом мощности,

Физика процесса

Переменный ток идёт по проводу в обе стороны, в идеале нагрузка должна полностью усвоить и переработать полученную энергию. При рассогласованиях между генератором и потребителем происходит одновременное протекание токов от генератора к нагрузке и от нагрузки к генератору (нагрузка возвращает запасённую ранее энергию). Такие условия возможны только для переменного тока при наличии в цепи любого реактивного элемента, имеющего собственную индуктивность или ёмкость. Индуктивный реактивный элемент стремится сохранить неизменным протекающий через него ток, а ёмкостной — напряжение. Через идеальные резистивные и индуктивные элементы протекает максимальный ток при нулевом напряжении на элементе и, наоборот, максимальное напряжение оказывается приложенным к элементам, имеющим ёмкостной характер, при токе, протекающем через них, близком к нулю.

Значительную часть электрооборудования любого предприятия составляют устройства, обязательным условием нормальной работы которых является создание в них магнитных полей, а именно: трансформаторы, асинхронные двигатели, индукционные печи и прочие устройства, которые можно обобщённо охарактеризовать как «индуктивная нагрузка». Гораздо реже применяются устройства, запасающие энергию, которые можно обобщённо считать ёмкостной нагрузкой.

Поскольку одной из особенностей индуктивности является свойство сохранять неизменным ток, протекающий через неё, то при протекании тока нагрузки появляется фазовый сдвиг между током и напряжением (ток «отстаёт» от напряжения на фазовый угол). Разные знаки у тока и напряжения на период фазового сдвига, как следствие, приводят к снижению энергии электромагнитных полей индуктивностей, которая восполняется из сети. Для большинства промышленных потребителей это означает следующее: по сетям между источником электроэнергии и потребителем, кроме совершающей полезную работу активной энергии, также протекает реактивная энергия, не совершающая полезной работы. Активная и реактивная энергии составляют полную энергию, при этом доля активной энергии по отношению к полной определяется косинусом угла сдвига фаз между током и напряжением — cosφ. Однако, протекая по кабелям и обмоткам в обратную сторону, реактивный ток снижает в пределах их пропускной способности долю протекающего по ним активного тока, вызывая при этом значительные дополнительные потери в проводниках на нагрев — активные потери. В случае, когда cosφ = 1, вся энергия дойдёт до потребителя. В случае cosφ = 0 ток в проводе возрастёт вдвое, поскольку одинаковый по величине ток будет протекать в обоих направлениях одновременно. В этом режиме активная мощность нагрузкой не потребляется, за исключением нагрева проводников.

Таким образом, нагрузка принимает и отдаёт в сеть практически всю энергию, при этом возникает ситуация, в которой потребитель вынужден оплачивать энергию, которая не была использована фактически. В противоположность индуктивным элементам, ёмкостные элементы (например, конденсаторы) стремятся сохранять неизменным напряжение на своих зажимах, то есть для них ток «опережает» напряжение. Поскольку величина потребляемой электроэнергии никогда не является постоянной и может меняться в существенном диапазоне за достаточно малый промежуток времени, то, соответственно, может изменяться и соотношение активной потребляемой энергии к полной (cosφ). При этом чем меньше активная нагрузка потребителя, тем меньше значение cosφ. Из этого следует, что для компенсации реактивной мощности необходимо оборудование, обеспечивающее регулирование cosφ в зависимости от изменяющихся условий работы оборудования — то есть применение установок компенсации реактивной мощности (УКРМ), состоящих, как правило, из батарей ёмкостных элементов (конденсаторов), коммутационного оборудования и устройств управления. Принцип работы УКРМ заключается в подключении к сети необходимого в данный момент времени количества конденсаторов для известного мгновенного значения реактивной мощности.