Устройства для компенсации реактивной мощности

Для компенсации реактивной мощности в основном применяются синхронные двигатели и статические конденсаторы.

Синхронные двигатели по сравнению с асинхронными имеют следующие преимущества:

а) возможность использования в качестве компенсирующих устройств при сравнительно небольших дополнительных первоначальных затратах, поскольку при работе с опережающим коэффициентом мощности полная мощность синхронного двигателя, определяющая его стоимость, растет в гораздо меньшей степени, чем его компенсирующая способность;

б) экономичность изготовления на небольшое число оборотов; при этом отпадает необходимость в промежуточных передачах между двигателем и рабочей машиной;

в) меньшую зависимость вращающего момента от колебаний напряжения: у синхронного двигателя момент пропорционален напряжению в первой степени, а у асинхронного – во второй степени;

г) более высокую производительность рабочего агрегата при синхронном электроприводе, поскольку скорость двигателя не зависит от нагрузки;

д) меньшие потери активной мощности, так как КПД синхронных двигателей выше, чем КПД асинхронных двигателей.

Компенсирующая способность двигателя определяется нагрузкой на его валу, напряжением, подведенным к зажимам двигателя, и током возбуждения. С уменьшением тока возбуждения ниже номинального компенсирующая способность двигателя снижается.

Обычно в практических условиях нагрузка синхронных двигателей на валу составляет 50-100% от номинальной. При такой нагрузке, а также при регулировании напряжения, подводимого к электродвигателю, можно использовать электроприводы с синхронными двигателями в качестве компенсаторов реактивной мощности при работе их с опережающим коэффициентом мощности.

Синхронный компенсатор – это синхронный двигатель, работающий в режиме холостого хода. Это позволяет изготавливать специальные синхронные компенсаторы с меньшим воздушным зазором и облегченным валом по сравнению с обычными синхронными двигателями.

При перевозбуждении синхронный компенсатор генерирует опережающую реактивную мощность, а при недовозбуждении потребляет отстающую реактивную мощность. Это свойство синхронных компенсаторов используется для регулирования реактивной мощности и повышения коэффициента мощности и для регулирования напряжения в электрических сетях

Преимущества синхронных компенсаторов: плавное и автоматическое регулирование реактивной мощности и напряжения в большом диапазоне, что обеспечивает увеличение статической и динамической устойчивости в энергетической системе и повышает надежность ее работы.

Недостатки синхронных компенсаторов: относительно высокая стоимость, а следовательно, и высокие удельные капитальные затраты на компенсацию; удельный расход активной мощности на компенсацию (0,027 кВт/квар), что значительно больше по сравнению со статическими конденсаторами (0,003 кВт/квар); большая занимаемая производственная площадь и шум, производимый при работе.

Указанные особенности синхронных компенсаторов, а также возможность их пуска от источников питания большой мощности ограничивают их применение только на подстанциях энергетических систем.

Статические конденсаторы изготовляют из определенного числа секций, которые в зависимости от рабочего напряжения и расчетной величины реактивной мощности соединяют между собой параллельно, последовательно или параллельно-последовательно.

Компенсацию реактивной мощности электроустановок промышленных предприятий осуществляют с помощью статических конденсаторов, включаемых обычно параллельно электроприемникам (поперечная компенсация). В отдельных случаях при резкопеременной нагрузке сетей, например при питании дуговых печей, сварочных установок и др, может оказаться целесообразным последовательное включение конденсаторов (продольная компенсация).

Размещение конденсаторов в сетях напряжением до 1000 В и выше должно удовлетворять условию наибольшего снижения потерь активной мощности от реактивных нагрузок. При этом возможна компенсация:

а) индивидуальная – с размещением конденсаторов непосредственно у электроприемника (в этом случае от реактивных токов разгружается вся сеть системы электроснабжения: сети внешнего и внутреннего электроснабжения и распределительные сети до электроприемников; недостатком такого размещения является неполное использование большой установленной мощности конденсаторов, размещенных у электроприемников);

б) групповая – с размещением конденсаторов у силовых шкафов и шинопроводов в цехах (в этом случае распределительная сеть до электроприемников не разгружается от реактивных токов, но значительно увеличивается время использования батареи конденсаторов по сравнению с индивидуальной компенсацией);

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

Конденсаторы напряжением 6-10 кВ следует устанавливать на цеховых подстанциях, имеющих распределительные устройства напряжением 6-10 кВ, на распределительных пунктах и, как исключение, на ЦРП или ГПП. На бесшинных цеховых подстанциях батареи конденсаторов 6-10 кВ устанавливать не рекомендуется. Мощность рассматриваемых батарей конденсаторов не должна быть менее 400 квар при присоединении конденсаторов через отдельный выключатель и не менее 100 квар при присоединении конденсаторов через общий выключатель с силовым трансформатором, асинхронным двигателем и другими электроприемниками