6.2. Компенсирующие устройства

Для компенсации реактивной мощности используют батареи конденсаторов и синхронные машины, в том числе специальные синхронные компенсаторы.

Батареи конденсаторов (БК) — это специальные ем­костные КУ, предназначенные для выработки реактивной мощ­ности. В настоящее время выпускаются комплектные конденса­торные установки (ККУ) серии УК-0,38 напряжением 380 В мощ­ностью 110...900 квар (табл. 6.1) и серии УК-6/10 мощностью 450... 1800 квар (табл. 6.2). Оборудование ККУ размещают в шкафах вме­сте с аппаратурой защиты, измерения и управления (рис. 6.4, 6.5).

При отключении конденсаторы сохраняют напряжение оста­точного заряда, представляющее опасность для персонала и за­трудняющее работу выключателей. По условиям безопасности тре­буется применение разрядных устройств. В качестве разрядных ус­тройств в ККУ на 6 (10) кВ применяют два однофазных заполнен­ных маслом трансформатора напряжения НОМ. В ККУ на 380... 660 вместо НОМ для той же цели используют резисторы или лам­пы накаливания. При индивидуальной компенсации электропри­емника разрядные сопротивления не требуются.

Таблица 6.1. Технические характеристики комплектных конденсаторных установок напряжением 380

Марка	Номинальная мощность, квар	Число и мощность, квар, регулируемых ступеней
УК-0,38-110 УК-0,38-220 УК-0,38-320 УК-0,38-430 УК-0,38-540 УК-0,38-150 УК-0,38-300 УК-0,38-450 УК-0,38-600 УК-0,38-900	ПО 220 320 430 540 150 300 450 600 900	1x110 2x110 3x110 4x110 5x110 1x150 2x150 3x150 4x150 6x150

Примечание. Для зашиты и управления в установках используются пре­дохранители ПН-2 и контакторы КТ-6000.

Таблица 6.2. Технические характеристики комплектных конденсаторных установок напряжением 6 (10) кВ

Измерение тока в цепи БК осуществляется тремя амперметра­ми (для контроля за целостью предохранителей и работой каждой фазы) и счетчиком реактивной энергии. Для автоматического от­ключения БК при повышении напряжения в данном узле сети сверх заданного значения и для включения при понижении на­пряжения предусматриваются специальные автоматические уст­ройства.

Для анализа влияния поперечной емкостной компенсации на работу сети рассмотрим векторную диаграмму цепи (см. рис. 6.3, б) при параллельном включении приемника электроэнергии, обла-

нии по току на . На то же значение разгружаются гене­раторы энергосистемы благодаря генерации батареей конденсато­ров реактивной мощности Q_с в месте установки приемников. Кроме того, сеть и генераторы разгружаются вследствие уменьшения по­терь на АР_К и AQ_к, так как поток реактивной мощности снижается на Q_С.

Указанные уменьшения можно определить по формулам

где R, X — эквивалентные активное и реактивное сопротивления цепи линия —приемник электроэнергии; U_в — номинальное на­пряжение сети.

Для проектируемой сети снижение тока на АI позволяет умень­шить площадь сечения проводов линии на , где j_эк — экономическая плотность тока. В результате уменьшения потока реактивной мощности на Q_С снижается и потеря напряжения в сети

Из векторной диаграммы (см. рис. 6.3, б) можно определить емкость С и реактивную мощность ()_с, конденсаторов, необходи­мые для повышения коэффициента мощности от соsф, до желае­мого значения соsф₂:

где — угловая частота тока.

Основной недостаток емкостных КУ заключается в том, что при понижении напряжения в сети они снижают выдачу реактив­ной мощности пропорционально квадрату снижения напряжения, в то время как требуется ее повышение. Регулирование мощности БК осуществляется только ступенями, а не плавно и требует уста­новки дорогостоящей коммутационной аппаратуры.

Синхронные машины могут генерировать и потреблять реактивную мощность, т.е. оказывать на электрическую сеть воз­действие, тождественное воздействию емкостной и индуктивной нагрузок. При перевозбуждении синхронной машины генерируется реактивная составляющая тока статора, значение которой растет при увеличении тока возбуждения. Векторная диаграмма подведен­ного от сети напряжения и тока в статоре синхронной машины имеет тот же вид, что и диаграмма подведенного напряжения и тока в батарее конденсаторов (см. рис. 6.3, б). Перевозбужденная синхронная машина генерирует опережающий ток, подобно кон­денсатору.

В системах электроснабжения предприятий используются син­хронные машины всех видов. Наиболее широкое применение на­ходят синхронные двигатели (СД), которые используются в при­водах производственных машин и механизмов, не требующих ре­гулирования частоты вращения.

Синхронные генераторы (СГ) обладают, как и СД, плавным и автоматическим регулированием генерируемой реактивной мощ­ности в функции напряжения сети. В отличие от СД передача ре­активной мощности от СГ может осуществляться на значитель­ное расстояние (даже от С Г собственных электростанций пред­приятий). Поэтому использование генераторов в качестве источ­ников реактивной мощности ограничивается технико-экономиче­скими условиями режима энергосистемы.

Синхронные компенсаторы (СК) представляют со­бой синхронные электрические машины, работающие в режиме двигателя без нагрузки на валу. Они предназначены специально для выработки реактивной мощности. Удельная стоимость выра­батываемой мощности, руб./квар, и удельные потери, кВт/Мвар, для СК значительно больше, чем для СД, так как удельные сто­имость и потери целиком приходятся на реактивную мощность; кроме того, добавляются расходы на эксплуатацию СК. При боль­шом дефиците реактивной мощности в точке подключения по­требителей, когда требуется плавное и быстродействующее сред­ство регулирования напряжения, оказывается выгодным ввод СК. При наличии резкопеременной реактивной нагрузки зона приме­нения СК расширяется.

К недостаткам СК относятся:

повышенные потери активной мощности;

большие масса и вибрация, из-за чего СК необходимо уста­навливать на массивных фундаментах;

необходимость применения водородного или воздушного ох­лаждения с водяными охладителями;

необходимость постоянного дежурства эксплуатационного пер­сонала на подстанциях с синхронными компенсаторами;

невозможность (в отличие от БК) наращивания мощности в процессе роста нагрузок.