Конденсаторна установка для компенсації реактивної потужності

Як обрати та на які параметри звернути увагу

Реактивна потужність характеризує енергію, яка циркулює між її джерелом та навантаженням в електричному колі змінного струму. Її появу провокують реактивні елементи — індуктивність та ємність. Реактивна потужність — електроенергія, за яку потрібно платити, хоча вона й не виконує корисну механічну роботу. Навпаки, створює електромагнітні поля, які збільшують енергетичні втрати та можуть викликати перевантаження системи.

Звідки береться реактивна потужність

У промислових електромережах головним споживачами енергії є розподільні трансформатори та асинхронні електричні двигуни. Під час роботи вони створюють індуктивне навантаження, яке викликає появу реактивної електроенергії. На відміну від активної, реактивна енергія витрачається не на механічну роботу, а на створення електромагнітних полів.

Коливальні рухи між генератором та двигунами чи трансформаторами створюють додаткове навантаження на силові лінії живлення. Виникає реактивна потужність, яка зменшує енергоефективність системи та потребує встановлення приладів компенсації.

Яким чином компенсується реактивна потужність

Зменшити втрати у провідниках внаслідок збільшення струму та компенсувати появу реактивної енергії дозволяють установки на основі конденсаторів. Вони підвищують коефіцієнт потужності cos(ф) електрообладнання розподільчих мереж та промислових підприємств і підтримують його на заданому рівні.

Установки компенсації реактивної потужності складаються з:

• модульних конденсаторних батарей;

• контакторів.

Оснащені пристроєм для відстежування піків струму контактори вмикають та вимикають конденсатори залежно від режиму роботи електромережі, компенсуючи таким чином надлишкову реактивну потужність.

Ключові параметри компенсатора реактивної потужності

Установки для компенсації реактивної потужності в мережах змінного струму обирають з урахуванням факторів:

• напруга мережі;

• необхідна потужність компенсації;

• мінімальний ступінь або крок регулювання та кількість ступенів;

• кліматичне виконання;

• гармоніки.

Номінальна напруга установки повинна відповідати напрузі мережі. Кліматичне виконання обирається залежно від умов експлуатації. Установки з кліматичним виконанням У3 можуть встановлюватися в приміщеннях, а У1 — на вулиці.

Визначення потужності компенсації

Потужність установки компенсації вимірюється у кВар — кіловольт-амперах реактивних. Кількість кВар характеризує реактивну потужність, яку видають конденсатори в компенсаційній установці.

Якщо встановлено трансформатор потужністю 100 кВА та коефіцієнт потужності cosφ = 0,7, тобто кут зсуву фаз 45,57 град., а tan (φ) = 1,02, реактивна потужність складає:

Q = S*sin(arccos(cos φ)) = 100 кВА*sin(arccos(0.7)) ≈ 71,4 кВАр.

Щоб покращити коефіцієнт потужності до 0,95, тобто кут 18,19 град. та tan (φ) = 0.33), реактивна потужність після компенсації має дорівнювати:

Q’ = S*sin(arccos(0.95)) ≈ 31,2 кВАр.

Необхідна компенсуюча потужність розраховується наступним чином:

Qc = Q — Q’ = 71,4 — 31,2 ≈ 40,2 кВАр.

Отже, слід обрати установку компенсації, яка здатна видавати 40 кВАр, бажано з кроком 5-10 кВАр для регулювання при зміні навантаження в мережі.

Крок регулювання конденсаторної установки

Крок регулювання означає мінімальний рівень зміни потужності компенсації. Він залежить від динаміки зміни навантаження в електромережі. Щоб обрати ступінь регулювання конденсаторної установки, слід звернути увагу на частоту та величину зміни навантаження у мережі протягом доби. Зазвичай для низьковольтних установок застосовуються кроки від 5 до 50 кВар.

Якщо мінімальний ступінь дорівнює 20 кВар, то конденсатори можуть збільшувати або зменшувати компенсацію реактивної потужності тільки з кроком 20 кВар. У високовольтних системах компенсації реактивного навантаження мінімальний ступінь регулювання може складати 50 кВАр та більше.

Якщо трансформатори та індукційне обладнання в мережі перевантажене чи потрібно збільшити навантаження, краще використовувати установки з регульованими конденсаторними батареями з автоматичним перемиканням ступенів.

Гармоніки в електромережі та їхній вплив на вибір компенсаційних установок

Додатковий нагрів провідників, велика кількість підключених до електромережі трансформаторів і двигунів можуть викликати появу гармонік. Вони:

• створюють перешкоди;

• сприяють перевантаженню системи;

• збільшують витрати на електроенергію;

• пришвидшують знос провідників.

Якщо в мережі є гармоніки, конденсатори можуть пошкоджуватися через виникнення резонансу. За їх наявності слід обирати компенсаційні установки з захисними дроселями. Вони знижують рівень гармонічних спотворень та захищають конденсатори від передчасного виходу з ладу.

Вплив правильної компенсації на енергоефективність

Конденсатори дозволяють створити більш надійні й економічні розподільчі мережі. Компенсація реактивної потужності сприяє:

• зменшенню загальних витрат споживачів на електроенергію;

• зниженню теплових втрат та впливу вищих гармонік;

• подовженню терміну експлуатації трансформаторів та розподільчих пристроїв завдяки зменшенню навантаження;

• зниженню асиметрії фаз та мережевих перешкод.

На вже реалізованих об’єктах компенсація реактивної потужності в мережі дає можливість підключити нове навантаження. Більша пропускна спроможність та виключення генерації реактивної енергії в години мінімального навантаження дозволяє:

• покращити параметри мережі;

• знизити витрати на її реорганізацію.

І все це без збільшення вартості електрообладнання

При побудові нової мережі використання конденсаторів сприяє зменшенню потужності підстанцій. Підхід дає можливість відмовитися від кабельних ліній з великим перерізом та знизити вартість підключення й обслуговування всієї системи. Щоб обрати відповідну конденсаторну установку, важливо врахувати рівень навантаження, характер споживачів і тип мережі. Грамотно підібрана установка не лише зменшує витрати на електроенергію, а й продовжує ресурс електрообладнання.