Выбор конденсаторной установки

Компенсация реактивной мощности стала спасением в нынешних условиях повышения стоимости электроэнергии, недостатка энергетических ресурсов, значительного развития и роста инфраструктуры городов и производства. На первый план вышли проблемы потребления электроэнергии и внедрение энергосберегающих технологий транспортировки энергоресурсов.

В условиях потребления энергоресурсов инфраструктурой городов компенсация реактивной мощности направлена в большинстве случаев на экономию при эксплуатации распределительных сетей и одновременно на улучшение качества напряжения. На промышленных предприятиях экономия энергии заключается в эффективном её использовании, что обусловлено правильной работой отдельных промышленных систем и технологических установок.

Компенсаторы реактивной мощности позволяют заметно снизить затраты на электроэнергию.

Конденсаторные установки реактивной мощности получили широкое применение, потому что имеют преимущества по сравнению с иными существующими методами компенсации (большой диапазон выбора требуемой мощности, простота эксплуатации и монтажа, бесшумность работы, возможность установки в различных точках электрической сети и т.д.).

Для правильного выбора конденсаторной установки для электродвигателей и трансформаторов требуется учитывать электрические параметры и состояние энергосистемы производства. Это позволяет наиболее эффективно подобрать конденсаторную установку и, следовательно, гарантирует ее качественную и надежную работу. Минимальный срок службы установки составляет 10 лет, но наблюдаются частые поломки при меньшем сроке работы. Основными причинами снижения сроков службы конденсаторов являются: превышение нормативной температуры эксплуатации установки в производственном помещении (срок службы снижается вдвое при повышении температуры на 7 градусов), влияние высших гармоник, увеличение частоты включения и повышения нагрузки за счет увеличения колебаний напряжения сети, использование недорогих конденсаторов.

При выборе конденсаторной установки предварительно необходимо определить следующее:

- мощность требуемой компенсации;

- напряжение сети;

- наружное или внутреннее расположение установки;

- шаг автоматического регулирования мощности.

Выбор конденсаторных установок осуществляется по трем параметрам:

1. Возможность корректировки мощности;

2. Включает установка высшие гармоники или нет;

3. Время регулирования и скорость срабатывания.

Подробно рассмотрим влияние и значение каждого параметра.

Возможность корректировки мощности конденсаторной установку обозначает, что установка поддерживает возможность ступенчатого регулирования мощности в ручном или автоматическом режиме. Коммутация конденсаторов в регулируемых конденсаторных установках реализуется при помощи тиристоров или контакторов.

Присутствие фильтров высших гармоник в конденсаторных установках определяется характером потребителей. Фильтры гармоник в конденсаторной установке не нужны, если на конденсаторную установку не воздействует нелинейная нагрузка (сварочные аппараты; двигатели, оснащенные устройствами плавного пуска, частотно регулируемыми приводами; индукционные и дуговые плавильные печи). Расчет конденсаторной установки с фильтрами гармоник производится в случае наличия в сети предприятия потребителей нелинейной нагрузки. Расчет на резонанс при выборе конденсаторных установок является обязательным. Расчет показывает произойдет резонанс при внедрении конденсаторной установке на той или иной гармонике, имеющейся в сети предприятия, либо нет. При наличии высших гармоник используется установка с фильтрами.

Тип разрядных устройств на конденсаторах и тип коммутирующих аппаратов определяют скорость срабатывания конденсаторной установки.

Промежуток времени, по окончании которого отключенный конденсатор может быть снова подключен к сети, называется временем повторного включения ступени.

Тип коммутирующих аппаратов определяет быстродействие для установок с напряжением до одного кВ. Конденсаторные установки могут быть с тиристорной и контакторной коммутацией. В первом варианте время повторного включения и время срабатывания конденсаторов равняется приблизительно 60 мс. Это объясняется тем, что тиристор включает фазы конденсатора во время перехода напряжения через «0», а выключает в нуле тока. В итоге переходные процессы сводятся к минимуму, выдержка времени на разряд конденсаторов не требуется. В случае контакторной коммутации скорость быстродействия характеризуется скоростью разряда конденсатора на вмонтированный разрядный резистор. Этот процесс занимает не более двух минут. В это время конденсатор запрещено включать под напряжение, чтобы избежать его поломки. Также в данном случае имеет значение частота срабатывания контакторов. Если работа контакторов сопровождается многократным выключением и включением за малый промежуток времени, то контакторы быстро придут в негодность и потребуется их замена.

Скорость разряда конденсатора определяет быстродействие для установок с напряжением 6 или 10 кВ. Стандартное время такого процесса для всех установок составляет 10 минут. Время разрядки конденсатора можно свести до одной минуты, но для этого необходимо установить на конденсаторы разрядные дроссели или разрядные сопротивления увеличенной мощности.

Мгновенное отсоединение конденсаторов от силовой цепи при отключении питания с катушек и быстрый разряд конденсаторов гарантируют разрядные модули сопротивлений трехфазных косинусных конденсаторов, которые располагаются снаружи между их выводами.

Время разрядки конденсатора можно снизить при помощи быстроразрядных керамических резисторов, которые включаются через дополнительный контакт контактора.

Интервал переключения конденсаторной установки во время автоматического режима работы можно снизить при помощи подключения разрядного дросселя с двумя V-образными обмотками взамен разрядных резисторов. Такая замена позволяет увеличить допустимое число разрядов конденсаторных батарей за одинаковые интервалы времени в 2-2,5 раза. Но при коммутации ступеней конденсаторных батарей тиристорными контакторами разрядные дроссели применять запрещено!

Конденсаторные установки можно выбрать двумя способами:

- на основе полученных параметров качества электроэнергии;

- теоретически.

Наиболее точный и верный способ – первый, но использовать его можно только в условиях существующих предприятий. Теоретический способ подбора конденсаторных установок применяется для вновь проектируемых предприятий.

Рассмотрим случаи выбора конденсаторных установок по каждому из параметров.

При выборе конденсаторной установки с возможностью регулирования необходимо определить тип (нерегулируемые, регулируемые). Отсутствие колебаний реактивной мощности предполагает установку нерегулируемой конденсаторной установки. Такой тип применяется для индивидуальной компенсации двигателей (установка отключается и включается вместе с двигателем), компенсации сетей освещения (установка отключается и включается вместе с освещением), а также в других аналогичных случаях. В остальных случаях необходимо установить автоматическую конденсаторную установку.

Теоретический выбор конденсаторной установки основан на следующем неравенстве:

Sнн / Sтр > 15 % - необходимо установить конденсаторную установку с фильтрами гармоник;

Sнн / Sтр < 15 % - установка конденсаторной установки возможна без применения фильтров гармоник.

где Sнн - общая мощность всех потребителей с нелинейной нагрузкой (сварочные аппараты, частотные привода, устройства плавного пуска и т.д.);

Sтр - мощность трансформатора.

Данные о качестве электроэнергии (при их наличии, а именно коэффициенты несинусоидальности кривых напряжения и тока) необходимо учитывать при выборе конденсаторной установки.

Производить подбор конденсаторной установки с фильтрами гармоник на напряжение 6 или 10 кВ следует выполнять после обследования электросети предприятия и расчета конденсаторной установки на ее совместимость с существующим оборудованием и сетью предприятия.

Расчет по возможному резонансу необходимо произвести при выборе конденсаторной установки без фильтров гармоник. При выборе регулируемой установки необходимо произвести расчет для всех градаций мощности конденсаторной установки.

Теоретически выбрать конденсаторную установку по скорости срабатывания помогут следующие правила:

- тиристорная коммутация применяется на предприятиях с резкопеременной нагрузкой – цеха по выпуску сварной сетки, порты, складские комплексы с обширным крановым и подъемным оборудованием, роботизированные производства и для производства с низким уровнем шума.

- контакторная коммутация применяется практически на всех промышленных предприятиях за исключением предприятий с резкопеременной нагрузкой.

К выбору конденсаторной установки для компенсации реактивной мощности следует подойти ответственно, чтобы получить от поставщика электроэнергию необходимого качества, израсходовать ее без потерь и получить существенную экономию энергоресурсов и средств.