Компенсация реактивной мощности с помощью силовых косинусных конденсаторов
Компенсирующие (или косинусные) конденсаторы традиционно лидируют по объемам производства и продаж в сравнении с другими типами силовых конденсаторов (сглаживающих (фильтрующих), демпферных (снабберных), импульсных и конденсаторов для асинхронных двигателей переменного тока) и регламентируются рядом отечественных и международных стандартов (ГОСТ 1282-88, DIN EN 60143-1, DIN EN 61921, VDE 0560-42:2004-12, VDE 0560-700:2004-02, в силовой электронике — DIN EN 61071; VDE 0560-120:2008, электроэнергетике — DIN IEC 62146, VDE 0560-50:2003).
Несмотря на значительный пакет нормативно-правовых актов, регулирующих производство конденсаторов и их использование, следует отметить определенную некорректность концепции силовых конденсаторов у конечных потребителей. Как правило, силовые косинусные конденсаторы ассоциируются с сетями высокого напряжения, хотя de facto основные сферы применения, как единичных конденсаторов, так и конденсаторных батарей — сети низкого (220, 380, 600 В и т.д.) и среднего напряжения (3, 6, 10, 15, 20 и 30 кВ), параметры которых de jure определены по согласованию VDE (Verband Deutscher Elektrotechniker), IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), CENELEC (Comité Européen de Normalisation Électrotechnique), ETSI (European Telecommunications Standards Institute) и IEC (International Electrotechnical Commission).
Причем в России с ее спецификой нового подхода к определению границ балансовой принадлежности сетей различного напряжения и прав/ответственности их реальных/формальных владельцев, компенсация реактивной мощности пока и далеко не в требуемых объемах используется преимущественно в сетях (и на границах сетей) 0.4, 6.3 (10.5), 110 (35) кВ (0.4/6.3 кВ, 10.5 (6.3) /110 (35) кВ), а в сетях высокого (60 и 110 кВ) и сверхвысокого (extra-high) напряжения (220, 380, 500, 700 и 1150 кВ) в основном применяются другие технологии компенсации реактивной мощности.
Основные критерии необходимости компенсации реактивной мощности
Для нормальной работы электрической нагрузки (асинхронные электродвигатели, сварочное оборудование, дуговые печи, осветительные приборы в потребительских сетях 0.4, иногда 6.3 (10.5) кВ) и/или нормального функционирования сегментов и целых сетей наряду с активной (или полезной) мощностью (кВт) необходима передача определенных объемов реактивной мощности (кВА), идущей на возбуждение обмоток трансформаторов и двигателей, компенсацию электрических/электромагнитных потерь и т.д., а в целом — на повышение качества передаваемой электроэнергии до уровня, установленного стандартами и обеспечивающего долговечную и бесперебойную работу электрического оборудования.
Упрощенно эффективность работы и живучесть электрических сетей и их отдельных сегментов определяется уровнем отношения активной составляющей мощности к общей поставляемой/потребляемой мощности (cosφ). Т.е. по факту чем больше cosφ, тем более эффективна энергосеть по качественным/количественным (надежность, живучесть, стабильность напряжения/тока и т.д.) критериям, а также экономическим показателям (снижение объемов транспортируемой полной мощности за счет увеличения доли активной составляющей, уменьшение затрат на реновацию/замену сетей/участков сетей/оборудования благодаря повышению качества поставляемой энергии и нормальному функционированию сетей/оборудования).
Так, например, при передаче в трехфазной сети 0.4 кВ активной (потребляемой по расчету) мощности объемом 500 кВт при cosφ=1 транспортируется ток 722 А, а при cosφ=0.6 — уже 1203 А, что может привести к перегрузке оборудования по току и обусловит существенное повышение электрических потерь, нагрев токоведущих элементов сети и т.д. (снижение cosφ с 1 до 0.6 увеличивает рассеиваемую мощность в среднем на 180%).
Косинусные конденсаторы и конденсаторные батареи для повышения коэффициента мощности
На текущий момент выделяют несколько условных групп косинусных конденсаторов для повышения коэффициента мощности, основными из которых являются:
- вакуумные конденсаторы с техническим вакуумом давления 10 в (-7) степени Torr в качестве диэлектрика;
- электролитические конденсаторы;
- SF6 конденсаторы с диэлектриком гексафторидом серы под давлением 3-7 бар;
- керамические конденсаторы;
- пленочные конденсаторы (сухие, с пропиткой/наполнением маслом или с наполнением инертным газом для защиты электродов).
Причем сегмент силовых конденсаторов (leichstungs-kondensatoren) для напряжений от 0.4 до 100 кВ в большей степени формируют пленочные конденсаторы — фольговые, металлизированные и фольгово-металлизированные с диэлектриком из бумаги, полимерной пленки или комбинаций бумага/полимерная пленка.
Вне зависимости от типа (по DIN 41 379 и DIN IEC 60384 — см. таблицу ниже) пленочные конденсаторы подбираются для компенсации реактивной мощности по нескольким базовым параметрам:
Источник
Расчет и выбор конденсаторных батарей для компенсации реактивной мощности
6 марта 2013 в 10:00
Наиболее распространенными видами компенсирующих устройств, которые выполняют роль местных генераторов реактивной мощности на предприятиях, являются батареи статических конденсаторов и синхронные двигатели. Конденсаторные батареи устанавливают на цеховых общезаводских трансформаторных подстанциях — со стороны низкого или высокого напряжения.
Чем ближе компенсирующее устройство к приемникам реактивной энергии, тем больше звеньев системы электроснабжения разгружается от реактивных токов. Однако при централизованной компенсации, т. е. при установке конденсаторов на трансформаторных подстанциях, конденсаторная мощность используется более полно.
Мощность конденсаторных батарей может быть определена по диаграмме рис. 1.
Рис. 1. Диаграмма мощностей
Qк = P1 х tgφ1 — P2 х tgφ2,
где P1 и P2 — нагрузка до и после компенсации, φ1 и φ2 — соответствующие углы сдвига фаз.
Реактивная мощность, отдаваемая компенсирующей установкой,
где Q1 и Q2 — реактивная мощность до и после компенсации.
Активная мощность, потребляемая из сети компенсирующим устройством
Величину необходимой мощности конденсаторной батареи можно определить приближенно без учета потерь в конденсаторах, которые составляют 0,003 — 0,0045 кВт/квар
Qк = P (tgφ1 — tgφ2)
Пример расчета и выбор конденсаторных батарей для компенсации реактивной мощности
Необходимо определить номинальную мощность Qк конденсаторной батареи, необходимой для повышения коэффициента мощности до значения 0,95 на предприятии с трехсменным равномерным графиком нагрузки. Среднесуточный расход электроэнергии Аа = 9200 кВтч; Ар = 7400 кварч. Конденсаторы установлены на напряжение 380 В.
Pср = Аа/24 = 9200/24 = 384 кВт.
Мощность конденсаторных батарей
Qк = P (tgφ1 — tgφ2) = 384 (0,8 — 0,32) = 185 квар,
где tgφ1 = Ар/Аа = 7400/9200 = 0,8, tgφ2 = (1 — 0,952)/0,95 = 0,32
Выбираем трехфазные конденсаторы типа KM1-0,38-13 каждый номинальной мощностью 13 квар на напряжение 380 В. Число конденсаторов в батарее
n = Q/13 = 185/13 = 14
Мощность различных конденсаторных установок для среднесуточной нагрузки можно найти в электротехнических справочниках и каталогах производителей.
Источник
