Материал: Лекции полнотью

Рис.14.1. К пояснению эффекта применения компенсирующих устройств:

а, б – токи и потоки мощности до и после компенсации; в – векторная диаграмма токов; г – треугольник мощностей

Таким образом, вследствие применения компенсирующих устройств на подстанции при неизменной мощности нагрузки реактивные мощности и ток в линии уменьшаются - линия разгружается по реактивной мощности. В линии уменьшаются потери мощности и потери напряжения, так как

14.2. Компенсирующие устройства

В качестве компенсирующих устройств, используются синхронные компенсаторы (СК), батареи конденсаторов (БК), реакторы и статические источники реактивной мощности (ИРМ).

14.2.1. Батареи конденсаторов

Батареи конденсаторов применяются:

- для генерации реактивной мощности в узлах сети - поперечной компенсации (шунтовые БК);

3

- для уменьшения реактивного сопротивления линий - продольной компенсации (установки продольной компенсации (УПК)).

Шунтовые БК включают на шины подстанций (рис.14.2,а, б). УПК включают в линии последовательно.

Рис.14.2. Принципиальная схема батарей конденсаторов:

а,б – последовательное и параллельное соединение конденсаторов; в,г – соединение фаз БК треугольником и звездой

Батареи конденсаторов комплектуются из отдельных конденсаторов, соединенных последовательно и параллельно (рис.14.2,а б). Конденсаторы выпускаются в однофазном и трехфазном исполнениях на номинальное напряжение 0,22 - 10,5 кВ. Единичная мощность конденсаторов составляет 10 - 125 кВар. Шунтовые конденсаторные батареи применяют на напряжениях до 110 кВ. Увеличение рабочего напряжения БК достигается увеличением числа последовательно включенных конденсаторов (рис.14.2,а) Для увеличения мощности БК применяют параллельное соединение конденсаторов (рис. 5.2,б). Для комплектования БК напряжением 6 кВ и выше наиболее подходящими и освоенными в производстве являются однофазные конденсаторы на номинальное напряжение 0,66; 1,05; 6,3 кВ. Конденсаторы на напряжение 0,66 и 1,05 кВ называют конденсаторами низкого напряжения. Покажем, что БК с рабочим напряжением 10 кВ не может быть скомплектована из конден-

4

саторов низкого напряжения на мощность менее 1 МВар. Число последовательно включенных конденсаторов в БК определяется:

3UК.НОМk P

где UБКнб - расчетное максимальное напряжение в точке подключения БК; UК.НОМ - номинальное напряжение конденсатора;

k Р - коэффициент, учитывающий разброс параметров конденсаторов, значе-

ние которого принимается 0,92 – 0,95.

В сетях трехфазного тока конденсаторы включаются звездой и треугольником (рис.14.2,в, г). При соединении конденсаторов звездой мощность батареи:

При соединении конденсаторов треугольником мощность батареи:

Таким образом, при соединении конденсаторов треугольником мощность батареи оказывается в 3 раза больше. При напряжении до 1 кВ конденсаторы обычно включают треугольником. В энергосистемах БК на напряжение 6 кВ и выше соединение выполняется только по схеме звезды с изолированной или глухо заземленной нейтралью в зависимости от режима нейтрали сети, в которой устанавливаются БК.

Вконденсаторах, применяемых в компенсирующих устройствах, в качестве диэлектрика используется бумага, пропитанная минеральным маслом или синтетической жидкостью. Известны разработки конденсаторов повышенной мощности с диэлектриком из синтетической пленки, имеющих малые габариты.

Батареи конденсаторов бывают регулируемые (управляемые) и нерегулируемые. В нерегулируемых число конденсаторов неизменно, а величина реактивной мощности зависит только от квадрата напряжения. Суммарная мощность нерегулируемых батарей конденсаторов не должна превышать наименьшей реактивной нагрузки сети.

Врегулируемых батареях конденсаторов в зависимости от режима автоматически или вручную изменяется число включенных конденсаторов. Выпускаются регулируемые комплектные батареи конденсаторов на напряжения 0,38; 6; 10 кВ, снабженные пускорегулирующим устройством, необхо-

димым для автоматического изменения мощности батареи (контакторами или выключателями).

На практике изменение мощности, вырабатываемой батареей в нормальных эксплуатационных условиях, достигается включением или отключением ча-

5

сти конденсаторов, составляющих батарею, т. е. путем ступенчатого регулирования. Одноступенчатое регулирование заключается в отключении или включении всех конденсаторов батареи, многоступенчатое - в отключении или включении отдельных секций батареи.

Продольная компенсация для уменьшения реактивного сопротивления линии иллюстрируется рис.14.3.

УПК

U К

IНОРМ

Рис.14.3. Схемы включения УПК

В нормальном режиме через УПК течет ток IНОРМ . При этом напряжение на УПК равно:

где UНОМ.С - номинальное напряжение сети.

В сетях электроснабжения промышленных предприятий возможны следующие виды компенсации с помощью БК:

-индивидуальная - с размещением конденсаторов непосредственно у токоприемника;

-групповая - с размещением конденсаторов у силовых шкафов и шинопроводов в цехах;

-централизованная - с подключением батареи на шины 0,38 и 6 - 10 кВ подстанции.

Основные технико-экономические преимущества конденсаторов в сравнении с другими компенсирующими устройствами состоят в следующем:

-возможность применения как на низком, так и на высоком напряжении;

-малые потери активной мощности (0,0025—0,005 кВт/кВар).

Недостатки конденсаторов с точки зрения регулирования режима:

-зависимость генерируемой ими реактивной мощности от напряжения;

-невозможность потребления реактивной мощности;

-ступенчатое регулирование выработки реактивной мощности и невозможность ее плавного изменения;

-чувствительность к искажениям формы кривой питающего напряжения. Конденсаторные батареи также имеют ряд эксплуатационных пре-

имуществ: простота эксплуатации (ввиду отсутствия вращающихся и трущихся частей); простота производства монтажа (малая масса, отсутствие

6

фундамента); возможность использования для установки конденсаторов любого сухого помещения. Среди эксплуатационных недостатков БК следует отметить малый срок службы (8 - 10 лет) и недостаточную электрическую прочность (особенно при коротких замыканиях и напряжениях выше номинального).

14.2.2. Синхронные компенсаторы

Синхронный компенсатор - это синхронный двигатель, работающий в режиме холостого хода без нагрузки на валу. Потребляемая им активная мощность Р 0 (если пренебречь потерями холостого хода), и СК загружен только реактивным током. По сравнению с обычным синхронным двигателем СК изготовляются с облегченным валом, они имеют меньшие размеры и массу.

Схема замещения СК и отвечающая ей векторная диаграмма показаны на рис.14.4.

Рис.14.4. Схемы замещения и векторная диаграмма напряжений синхронного компенсатора:

а – схемы замещения; б, в – режимы перевозбуждения и недовозбуждения

а поскольку PС.К 0 , его реактивная мощность: