Питання компенсації реактивної потужності - Стор 7
При з'єднанні фаз БК у зірку потужність БК
Q БК 3 U С U 2 С , (46) 3
а при з'єднанні в трикутник
де U – лінійна напруга мережі; - Кутова частота; C – ємність фаз БК.
Таким чином, при з'єднанні фаз БК в трикутник потужність БК виявляється в 3 рази більшою, ніж при з'єднанні
у зірку. Тому низьковольтні БК зазвичай включаються до мережі за схемою трикутника.
Батарея конденсаторів, обладнана комутаційною апаратурою, засобами захисту та управління, називається конденсаторною установкою.
В даний час випускаються комплектні конденсаторні установки на різні номінальні напруги для внутрішньої та зовнішньої установки. Діапазон номінальних потужностей таких установок досить широкий, причому більшість типів сучасних комплектних конденсаторних установок обладнано пристроями для одноступеневого або багатоступеневого регулювання потужності.
На рис. 18 наведено конструкцію комплектної автоматичної конденсаторної установки напругою 0,4 кВ.
Автоматичні конденсаторні установки напругою 0,4 кВ є звареною каркасною металоконструкцією, в якій розміщені апаратура управління, вимірювання та сигналізації, а також модулі з конденсаторами і контакторами. Конденсатори та контактори змонтовані в модулях, з'єднаних між собою за певною схемою залежно від потужності ступеня. Розміщення конденсаторів та контакторів
у модулях забезпечує простоту їх монтажу та заміни. Крім того, встановлена потужність конденсаторних установок за потреби може бути легко розширена.
Мал. 18. Конструкція комплектної автоматичної конденсаторної установки напругою 0,4 кВ:
1 – вентилятор; 2 – підйомні вушка; 3 – регулятор реактивної потужності; 4 – модуль з конденсаторами та контакторами;
5 – кабельне введення
Автоматичні конденсаторні установки складаються з кількох ступенів, керованих мікропроцесорним регулятором реактивної потужності, який забезпечує підключення до мережі необхідної реактивної потужності. Завдяки сучасним спеціалізованим контакторам, керованим за допомогою регулятора реактивної потужності, здійснюється автоматичне регулювання підключеної ємності, що виключає ефекти недокомпенсації та перекомпенсації. У схемотехнічних рішеннях передбачено плавне включення щаблів конденсаторів, що виключає кидки струму та напруги в мережі.
На рис. 19 наведена конструкція комплектної автоматичної конденсаторної установки напругою кВ.
Автоматичні конденсаторні установки напругою кВ складаються із вступного осередку та конденсаторних осередків, кількість яких залежить від номінальної потужності установки. Осередки з'єднані між собою електрично збірними шинами. У вступному осередку змонтовані головний вимикач, вимикач заземлення та реле управління та захисту. У конденсаторних осередках встановлені конденсатори, реактори, запобіж-
тілі та контактори. На дверях шафи розміщується мікропроцесорний регулятор реактивної потужності.
Мал. 19. Конструкція комплектної автоматичної конденсаторної установки напругою кВ
Автоматичні конденсаторні установки складаються з кількох щаблів. Вони можуть покращувати tgφ мережі, забезпечуючи необхідну величину реактивної потужності в умовах змі-
з потребою у реактивній потужності. Регулятор також забезпечує обробку даних мережі та відстежує виникнення аварійних ситуацій.
У сучаснихВ конденсаторних установках застосовуються конденсатори, що самовідновлюються, що виготовляються з використанням так званої Це металопленочні конденсатори, електродами яких є металізована з одного боку поліпропіленова плівка. Поліпропіленова плівка виконує у конденсаторах роль діелектрика. Спеціальна структура напиленого металевого шару і повноповерхневий контакт забезпечують необхідну комутаційну міцність. Конденсатори обладнані вбудованою системою захисту від надлишкового тиску. Розряд-
ні резистори дозволяють знизити залишкову напругу до безпечного рівня за мінімальний час.
До основних переваг БК належать:
малі питомі втрати активної потужності;
простота виконання монтажних робіт (малі габарити, маса, відсутність фундаментів);
простота експлуатації (через відсутність обертових
і частин, що труться);
можливість встановлення БК у будь-якій точці мережі, що дозволяє розміщувати їх безпосередньо біля місць споживання реактивної потужності і навіть усередині деяких електроприймачів (наприклад, світильники для газорозрядних ламп);
можливість використання для встановлення БК будь-якого сухого приміщення;
можливість збільшення встановленої потужності БК. Недоліками БК є:
залежність генерованої реактивної потужності від напруги;
негативний регулюючий ефект, тобто при зниженні напруги в мережі БК знижують реактивну потужність, що видається, що призводить до ще більшого зменшення напруги;
недостатня міцність, особливо при коротких замикання та перенапруги;
чутливість до спотворень форми кривої напруги живлення;
ступінчасте регулювання реактивної потужності.
5.1.2. Синхронні компенсатори
Синхронні компенсатори (СК) є синхронними двигунами, що працюють в режимі холостого ходу, тобто без навантаження на валу. Вони призначені лише для генерації чи споживання реактивної потужності. Тому порівняно із звичайними синхронними двигунами СК виготовляються із полегшеним валом, мають менші габарити та масу.
СК можуть працювати як у режимі генерації реактивної потужності, так і у режимі її споживання. Режим роботи СК оп-
розподіляється величиною подається в обмотку ротора струму збудження. При перезбудженні СК працює як джерело реактивної потужності та видає її у мережу. При недозбудженні СК споживає реактивну потужність із мережі.
Схема заміщення СК і відповідні векторні діаграми показані на рис. 20.
Мал. 20. Схема заміщення та векторні діаграми СК:
а – схема заміщення; б – режим перезбудження;
в – режим недозбудження
Напруга мережі в точці підключення СК U дорівнює сумі зворотної ЕРС E q і падіння напруги в опорі x d :
Тоді струм СК дорівнюватиме:
Реактивна потужність СК:
Таким чином, значення та знак реактивної потужності СК
залежать від співвідношення між ЕРС
та напругою мережі U з .
Значення ЕРС E q визначається величиною струму збудження,
причому зростанню струму збудження відповідає збільшення E q.
При струмі збудження, при якому E q
0 . При перезбудженні
ет в мережу реактивну потужність, причому струм
на 90 (рис. 20 б). Зменшуючи струм збудження,
можна отримати режим недозбудження, тоді
I ск відстає від
напруги U з 90 (рис. 20, в). У цьому режимі
СК споживає реактивну потужність із мережі. Перевагами СК є:
позитивний регулюючий ефект, який полягає в тому, що при зменшенні напруги в мережі генерована потужність компенсатора збільшується;
можливість плавного та автоматичного регулювання реактивної потужності;
широкий діапазон регулювання;
достатня термічна та електродинамічна стійкість обмоток СК при коротких замиканнях;
можливість поновлення пошкоджених СК шляхом проведення ремонтних робіт.
До недоліків СК належать:
ускладнення експлуатації (проти БК);
високі експлуатаційні витрати;
значні втрати активної потужності Вт/кВАр);
значний шум під час роботи.
5.1.3. Синхронні двигуни
Синхронні двигуни (ЦД), встановлені на промислових підприємствах, можуть бути використані як джерела реактивної потужності. ЦД в основному виготовляються з номінальним випереджаючим cosφ = 0,9 і можуть бути досить ефективним засобом компенсації реактивної потужності.
Характер і значення реактивної потужності ЦД, як і СК, визначаються величиною струму збудження в обмотці ротора. На рис. 21 наведена так звана характеристика ЦД, що являє собою залежність струму статора I від струму збудження I при P = const
Мал. 21. характеристика ЦД
Ліва галузь характеристики відповідає режиму недозбудження ЦД. У цьому режимі ЦД, як і асинхронний двигун, споживає з мережі реактивну потужність. Права гілка характеристики відповідає режиму перезбудження ЦД. У цьому режимі ЦД працює не лише як двигун, а й як джерело реактивноїпотужності, тобто видає реактивну потужність у мережу. Мінімальне значення струму статора має місце за cosφ = 1.
Найбільша верхня межа збудження ЦД визначається допустимою температурою обмотки ротора з витримкою, достатньою для форсування збудження при короткочасному зниженні напруги.
Величина генерованої ЦД реактивної потужності залежить від завантаження двигуна активною потужністю, напруги на його затискачі та технічних даних двигуна.
Основним критерієм для вибору раціонального режиму збудження ЦД є додаткові питомі втрати активної потужності на генерацію реактивної потужності. Питомі втрати активної потужності на генерацію реактивної потужності суттєво залежать від номінальної потужності та частоти обертання ЦД та можуть досягати від 10 до 50 Вт/кВАр. Зі зменшенням номінальної потужності та частоти обертання ЦД величини питомих втрат значно зростають.
5.1.4. Статичні тиристорні компенсатори
Як джерела реактивної потужності все ширше застосування знаходять статичні тиристорні компенсатори (СТК).
Основні вимоги до СТК такі:
висока швидкодія при зміні реактивної потужності
достатній діапазон регулювання реактивної потужно-
можливість виробництва та споживання реактивної потужності;
мінімальні спотворення напруги живлення.
Основними елементами СТК є конденсатори та дроселі – накопичувачі електромагнітної енергії, а також тиристори, що забезпечують її швидке перетворення. Схеми СТК дуже різноманітні і дозволяють генерувати чи споживати реактивну потужність залежно від виду схеми та режиму роботи. СТК можуть працювати за принципом прямої чи непрямої компенсації реактивної потужності.
Прямакомпенсація передбачає генерування реактивної потужності статичним компенсатором. Розрізняють ступінчасте та плавне регулювання реактивної потужності. У першому випадку різна кількість секцій БК підключається за допомогою тиристорних ключів. У другому випадку використовуються
перетворювачі частоти, а також перетворювачі зі штучною комутацією тиристорів.
При ступінчастому регулюванні зі збільшенням споживання електроприймачами реактивної потужності необхідна кількість секцій БК підключається тиристорними ключами (рис. 22). Зі збільшенням числа щаблів БК регулювання реактивної потужності стає більш плавним.
Мал. 22. Встановлення прямої компенсації реактивної потужності із ступінчастим регулюванням
У зв'язку з тим, що включення БК здійснюється в строго певні моменти часу, швидкодія компенсатора, що розглядається, невелика. Максимальне запізнення при частоті 50 Гц може досягати 10 мс.
Для плавного регулювання реактивної потужності застосовують безпосередні перетворювачі частоти (НПЧ). Такий компенсатор є нерегульованим генератором високої частоти, включений через НПЧ (рис. 23) .
Залежно від співвідношення напруги мережі та напруги на виході НПЛ компенсатор може генерувати або споживати реактивну потужність. При цьому від генератора високої частоти реактивна потужність споживається у будь-якому випадку.
Враховуючи цю обставину, як генератор може бути використаний статичний пристрій, що містить
Мал. 23. Встановлення прямої компенсації реактивної потужності
з безпосереднім перетворювачем частоти та
Як джерела реактивної потужності для прямої компенсації також використовуються СТК зштучною комутацією тиристорів. Такий компенсатор є паралельним з'єднанням двох трифазних вентильних перетворювачів. Зміна знака кута управління тиристорів досягається штучною комутацією струму у вентильних контурах напругою конденсаторів, що комутують, а не напругою мережі.
Непряма компенсація реактивної потужності полягає
в тому, що паралельно навантаженню включається стабілізатор реактивної потужності, що забезпечує незмінну величину сумарної реактивної потужності
Q Q н t Q ст t const ,
де Q н (t) - Реактивна потужність навантаження; Q ст (t) - Реактивна потужність стабілізатора.
Сумарна реактивна потужність Q Σ компенсується за допомогою БК. Як стабілізатори нині використовуються СТК. Найбільшого поширення набули компенсатори з фазокерованими тиристорними ключами.