7.2. Представление компенсирующих устройств. Виды и назначения устройств

Рассматриваются устройства, компенсирующие реактивную мощность: статические конденсаторные батареи, шунтирующие реакторы, статические тиристорные компенсаторы (СТК) и синхронные компенсаторы (СК), а также устройства, компенсирующие реактивные сопротивления сетей: конденса­торные установки и реакторы продольного включения.

Компенсирующие устройства (КУ) в зависимости от их типа и режима работы могут генерировать или потреблять реактивную мощность Q_ку, ком­пенсируя её дефицит или избыток в электрической сети, уменьшать или уве­личивать индуктивное сопротивление. Например, включение КУ в какой-либо точке сети изменяет реактивную составляющую нагрузки. В итоге из­меняется полная мощность узла нагрузки в соответствии с векторными диа­граммами (рис. 7.3).

Так, в результате включения КУ, генерирующих или потребляющих реактивную мощность (например, СК или СТК), изменяется передаваемая по участкам сети реактивная мощность и, следовательно, потери напряжения

(7.8)

создаются возможности регулирования напряжения в узлах сети и на зажи­мах электропотребителей:

Реактивная мощность, передаваемая от электростанции и других цен­тральных источников, загружает все элементы электрической сети, уменьшая возможность передачи активной мощности. Поэтому по экономическим со­ображениям потребность в реактивной мощности (в большей её части) необ­ходимо удовлетворять за счёт установки местных источников реактивной мощности. В этом случае уменьшается передача реактивной мощности по участкам сетей:

снижаются потери активной и реактивной мощности в них:

(7.9)

и потери электроэнергии в продольных элементах сети:

(7.10)

и создаются условия для передачи по сети больших потоков активной мощ­ности.

В электрических сетях с избытком реактивной мощности (активно-емкостная мощность), в частности, в узлах сетей 330 кВ и более, в периоды малых нагрузок напряжения могут превысить допустимые значения. Для удержания напряжения в допустимых пределах необходимо потребить (ком­пенсировать) избыточную реактивную мощность (рис. 7.3, б), что может быть осуществлено с помощью реакторов поперечного включения, СТК или синхронных машин, работающих в режиме недовозбуждения.

При включении компенсирующие устройства потребляют из сети неко­торую активную мощность, которая в случае приближённых расчётов не ока­зывает существенного влияния на результаты.

7.3. Конденсаторная батарея

Батарея статических конденсаторов является источником реактивной мощности. Реактивная мощность, генерируемая конденсаторной батареей (КБ), квадратично зависит от напряжения:

(7.11)

где С_КБ - ёмкость конденсаторной батареи, Ф; - угловая частота, рад.

Активная мощность, потребляемая КБ, пропорциональна генерации

(7.12)

и зависит от качества изоляции конденсаторов, определяемого тангенсом уг­ла диэлектрических потерь (tgS). Величина tgS составляет около 0,003­0,006 кВт/квар, поэтому собственное потребление (потери) активной мощно­сти в КБ незначительны, что в итоге определяет их высокую экономичность.

В первом приближении КБ задают в точке её присоединения ёмкостной (отрицательной) нагрузкой. Однако необходимо учитывать основной техни­ческий недостаток конденсаторов - отрицательный регулирующий эффект: значительное уменьшение генерации (выдачи) реактивной мощности КБ при снижении напряжения на её зажимах.

В результате компенсирующий эффект падает, что способствует даль­нейшему снижению напряжения. Поэтому при расчёте режимов работы сетей конденсаторную батарею необходимо учитывать проводимостью (шунтом) в узле (рис. 7.4, а)

(7.13)

т. к. f = 50 Гц, или ёмкостным сопротивлением:

(7.14)

где Q_Б - мощность батареи при номинальном напряжении сети.

Тогда реактивная мощность, генерируемая КБ, уточняется от фактиче­ского напряжения на входе батареи:

(7.15)

С помощью конденсаторной батареи покрывается (компенсируется) часть потребности нагрузки узла в реактивной мощности, тем самым умень­шается реактивная мощность, потребляемая узлом из сети, до величины

В результате коэффициент мощности cos улучшается до значения cos (рис. 7.3, а). В ряде случаев (в низковольтных, городских распредели­тельных сетях и др.) экономически целесообразна полная компенсация реак­тивной мощности. При этом Q_КБ = Q, и узел нагрузки потребляет из сети только активную мощность (cos = 1). При Q_KБ > Q возникают перекомпен­сация и избыток реактивной мощности, Q выдаётся в питающую сеть; узел нагрузки имеет опережающий коэффициент мощности.

В нерегулируемой конденсаторной батарее (НКБ) число включенных конденсаторов (блоков) неизменно. В регулируемой конденсаторной батарее (РКБ) число включенных конденсаторов изменяется в зависимости от режи­ма работы электрической сети автоматически или вручную.

Мощные конденсаторные установки напряжением 6 кВ и выше могут быть укомплектованы из стандартных конденсаторных блоков мощностью от 0,240 до 0,750 Мвар. Существует широкая номенклатура типовых проектов конденсаторных батарей 6-110 кВ, собираемых из указанных блоков.

Вследствие небольшой удельной стоимости (за 1 квар) и простоты об­служивания конденсаторные батареи и установки являются наиболее распро­странёнными местными источниками реактивной мощности. Диапазон их применения весьма широк - от индивидуальной компенсации на зажимах от­дельных потребителей (КБ в единицы, десятки квар) до централизованной компенсации на шинах главных понизительных подстанций энергосистем (КБ до 5-15 Мвар).