Компенсация реактивной мощности и выбор компенсирующих устройств. Выбор конденсаторной установки

Методика выбора устройств компенсации реактивной мощности (КРМ) заключается в выборе устройств, позволяющих улучшить коэффициент мощности потребителя до требуемого значения и состоит из следующих этапов:

• выбор места установки устройства КРМ;
• вычисление мощности устройства КРМ;
• проведение необходимых проверок и расчетов;
• собственно выбор устройства КРМ.

В зависимости от особенностей конкретной электроустановки устройства КРМ могут быть установлены, как показано на рис. 1.

• 1. На вводе на стороне СН.
• 2. На главной распределительной шине.
• 3. На вторичной распределительной шине.
• 4. Индивидуальные конденсаторы нагрузок.

Вычисление мощности устройства КРМ, проведение необходимых проверок и расчетов

В общем случае мощность устройства КРМ определяется по формуле:

• Kc = tgϕ1 - tgϕ2;
• Qc – мощность установки КРМ;
• P – активная мощность;
• tgϕ1 – фактический тангенс угла до применения установки КРМ;
• tgϕ2 – требуемый тангенс угла;
• Кс – расчетный коэффициент.

Для определения коэффициента Кс существует специальная таблица по которой, зная cosϕ1 и cosϕ2, можно определить данный коэффициент, не прибегая к математическим вычислениям.

Способ вычисления активной мощности P, а также проведение необходимых проверок и расчетов устройства КРМ зависит от места его установки. Дальше будет приведен пример ее вычисления в случае установки устройства КРМ на главной распределительной шине.

Выбор устройства КРМ

Устройства КРМ выбираются по следующим техническим характеристикам:

• номинальная мощность;
• номинальное напряжение;
• номинальный ток;
• количество подключаемых ступеней;
• необходимость защиты от резонансных явлений с помощью реакторов.

Необходимая мощность набирается ступенями по 25 и 50 квар, при этом количество ступеней не должно превышать количество выходов контроллера, устанавливаемого в установку КРМ, так как к каждому выходу может быть подключена одна ступень.

Количество выходов контроллера обозначается цифрой, например, RVC6 (фирмы АББ) имеет 6 выходов.

В случае необходимости защиты от резонансных явлений требуется применение защитных реакторов (трехфазных дросселей), в таком случае должны выбираться установки, например типа MNS MCR и LK ACUL (фирмы АББ).

Пример выбора устройств КРМ

Ниже приведен пример выбора устройств КРМ для сети, показанной на рис.2.

Технические характеристики устройств, образующих сеть, следующие:

Питающая сеть:

Номинальное напряжение 10 кВ;
Частота 50 Гц;
Коэффициент мощности cosϕ = 0,75;

Трансформаторы 1, 2:

Номинальное напряжение первичной обмотки 10 кВ;
Номинальное напряжение вторичной обмотки 400 В;
Номинальная мощность S = 800 кВА;

Данные по кабелям и нагрузкам, подключаемым через вторичные распределительные щиты, представлены в таблице 1.

Таблица 1

Выбор места установки устройства КРМ

В качестве места установки устройств КРМ приняты главные распределительные шины, как показано на рис. 3.

1. Требуемые мощности устройств определим по формуле:

2. Суммарные активные мощности нагрузок, получающих питание от каждого из двух трансформаторов, определим по формуле:

подставив значения из таблицы 1, получим:

3. Определяем средневзвешенный cosφ для первого трансформатора по формуле:

4. Определяем средневзвешенный cosφ для второго трансформатора по формуле:

5. Определим коэффициент Кс при помощи таблицы 2, учитывая, что требуемый cosφ 2 = 0,95.

Получим: для первого устройства КРМ Кс1 = 0,474;
для второго устройства КРМ Кс2 = 0,526.

6. Зная для каждого трансформатора Кс и P, определим требуемые мощности устройств КРМ:

Для первого трансформатора:

Для второго трансформатора:

Расчет мощности устройства КРМ на основе баланса мощности

7. Определим мощность устройства КРМ по формуле [Л5. с 229].

Для первого трансформатора:

Для второго трансформатора:

Где:
Р – суммарная нагрузка на трансформатор, кВт;
tgϕ1 – фактический тангенс угла до применения установки КРМ;
tgϕ2 – требуемый тангенс угла;

8. Определяем tgϕ1 и tgϕ2 зная cosϕ1 и cosϕ2:

Для первого трансформатора tgϕ1:

Для первого и второго трансформатора tgϕ2:

Для второго трансформатора tgϕ1:

Как видно из двух вариантов расчета мощности КРМ, значения требуемой мощности практически не отличаются. Какой из вариантов выбора мощности устройства КРМ использовать, решайте сами. Я принимай мощность устройства КРМ по варианту с определением коэффициента Кс по таблице 2.

Соответственно принятая требуемая мощность устройства КРМ составляет 270 и 300 квар.

9. Рассчитаем номинальный ток устройства КРМ для первого трансформатора:

10. Рассчитаем номинальный ток устройства КРМ для второго трансформатора:

Защита УКРМ

При выборе автоматических выключателей для защиты устройства КРМ, нужно руководствоваться ПУЭ 7-издание пункт 5.6.15. Согласно которому аппараты и токоведущие части в цепи конденсаторной батареи должны допускать длительное прохождение тока, составляющего 130% номинального тока батареи.

Определяем уставку по защите от перегрузки:

Для УКРМ1: 390*1,3 = 507 А
для УКРМ2: 434*1,3 = 564 А

Уставка защиты от КЗ должна быть нечувствительна к броску тока. Уставка составляет 10 x In.

Определяем уставку защиты от КЗ:

Для УКРМ1: 390 x 10 = 3900 А
для УКРМ2: 434 x 10 = 4340 А

Проверка установки КРМ на отсутствие резонанса

В данном примере проверка установки КРМ на отсутствие резонанса не выполнялась, из-за отсутствия нелинейной нагрузки, а также отсутствия существенных искажений в сети 10 кВ.

В случае же, если у Вас преобладает нелинейная нагрузка, нужно выполнить проверку УКРМ на отсутствие резонанса, а также выполнить расчет качества электрической энергии после установки УКРМ и загрузку батарей статических конденсаторов (БСК).

Для удобства расчета по выбору устройства компенсации реактивной мощности, я к данной статье прикладываю архив со всей технической литературой, которую использовал при выборе УКРМ.

Литература:

1. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Седьмое издание. 2008г.
2. Учебное пособие по электроустановкам от фирмы АВВ. 2007г.
3. Справочник по компенсации реактивной мощности от фирмы RTR-Energia.
4. Выпуск № 21. Руководство по компенсации реактивной мощности с учетом влияния гармоник от фирмы Schneider Electric. 2008г.
5. Б.Ю.Липкин. Электроснабжение промышленных предприятий и установок, 1990 г.

Подстанция > Установки компенсации реактивной мощности

УСТАНОВКИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ СЕРИИ ВАРНЕТ 6(10)кВ

ВВЕДЕНИЕ
Настоящие руководство по эксплуатации распространяется на установ серии ВАРНЕТ (в дальнейшем именуемые «установки» или «УКРМ»).

1. НАЗНАЧЕНИЕ
Установки предназначены для повышения значения коэффициента мощности (cos j ) в электрических распределительных трёхфазных сетях напряжением 6(10) кВ, род тока - переменный частоты 50 Гц.
Реактивная мощность, вырабатываемая УКРМ, фиксирована или происходит в автоматическом режиме путем подключения необходимогочислакосинусных конденсаторов.
Нерегулируемая установка подключает к сети все конденсаторы одновременно на полную мощность.
Регулируемая установка обеспечивает подключение ступеней конденсаторных батарей заданной мощности посредством регулятора. Регулятор определяет угол коррекции между фазным напряжением и током. В случае наличия отклонения от заданного значения происходит подключение конденсаторных батарей, при этом учитывается их мощность, число подключений, время необходимое для разряда конденсаторов и т. д. Регулятор обеспечивает измерение и индикацию: параметров сети, средненедельного коэффициента мощности, числа перегрузок установки.
В автоматических установках одна ступень может быть включена постоянно, другие могут быть подключены или отключены в автоматическом режиме.
Установки предназначены для эксплуатации в закрытых помещениях (категория З) в следующих условиях:
- интервал температур от минус 20 до плюс 40°С;
- относительная влажность воздуха до 80% при температуре 20°С;
- высота над уровнем моря не более 1000 м;
- окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая токопроводящей пыли, агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию.
Группа условий эксплуатации по стойкости к воздействию механических факторов внешней среды по ГОСТ 17516.1-M13.
Установкиразработаны в соответствии с требованиями гл. 5.6 раздела 5 ПУЭ и ГОСТ 12.2.007.5-75.
Установки серии ВАРНЕТ представляют собой современное оборудование, объединившее в себе передовые технологии изготовления конденсаторов и автоматизированного управления потоками реактивной мощности. Отличительными особенностями установок серии ВАРНЕТ являются:
- защита то электрических и тепловых воздействий;
- повышенная устойчивость к электрическим перегрузкам;
- взаимозаменяемость компонентов;
- простота монтажа, реконструкции и ремонта;
- встроенные системы мониторинга и диагностики;
- применение экологически безопасных материалов, не требующих специальных мер по утилизации.

УСЛОВНОЕ ОБОЗНАЧЕНИЕ

2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
2.1. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
УКРМ соответствуют требованиям технических условий и комплекта документации БЭТ3.674312.007 СБ. Габаритные, установочные и присоединительные размеры КРМ соответствуют размерам, указанным в приложении А. Схемы электрические принципиальные установок соответствуют указанным на рисунках приложения Б.
Основные параметры УКРМ соответствуют параметрам, указанным в таблицах 1 и 2.
По заказу потребителей допускается изготовление установок с параметрами и характеристиками, расширяющими область применения УКРМ. При этом параметры и характеристики, не установленные настоящими техническими условиями, будут соответствовать требованиям договора (контракта) или протокола по ГОСТ 2.124-85.

Таблица 1. Установки компенсации реактивной мощности типа ВАРНЕТ-Н и ВАРНЕТ-А.

2.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Установки допускают работу при повышении действующего значения напряжения до 1,1 номинального в течение 12 часов 8 сутки и повышении действующего значения тока до 1,3 номинального длительно, получаемого как за счет повышения напряжения, так и за счет высших гармоник, или того и другого вместе, независимо от гармонического состава тока.
Отношение максимального значения емкости, измеренного между двумя любыми выводами, к минимальному не превышает 1,06.
Сопротивление изоляции цепей управления, измерения и сигнализации и блокировки установок не менее 1 МОм.
Изоляция цепей управления, измерения сигнализации и блокировки установок выдерживает испытательное напряжение 1000 В переменного тока частоты 50 Гц.

3. УСТРОЙСТВО И РАБОТА УСТАНОВОК
3.1. КОНСТРУКЦИЯ ЯЧЕЕК
Конструктивно УКРМ состоит из одной ячейки ввода и конденсаторных ячеек, количество которых зависит от мощности установки.
Установки имеют универсальный конструктив, позволяющий осуществить левостороннее и правостороннее присоединение ячейки ввода.
Ячейки представляют собой сборно-сварные каркасные металлические шкафы. Внутри размещена аппаратура главных и вспомогательных цепей. Доступ в ячейки обеспечен через двери со стороны фасада.

Таблица 2. Типоразмеры и назначение шкафов

А.Вводная ячейка
Ячейка ввода предназначена для подключения кабеля снизу, подключения конденсаторной установки через разъединитель, измерения и индикации тока конденсаторной установки в 3 фазах по схеме Арона. В ячейке размещаются разъединитель, два трансформатора тока. Аппаратура монтируется на боковую стенку, на которой предусмотрены соответствующие отверстия для крепления разъединителя и трансформаторов тока. Блок автоматики монтируется на переднюю стенку ячейки ввода. На передней панели блока размещаются 3 амперметра; лампы индикации состояния: "включено", "отключено", "перегрузка по току"; лампа индикации "перегрузка по напряжению" (в нерегулируемых установках); регулятор (в автоматизированной установке).
B. С. Нерегулируемая ступень
Ячейка нерегулируемой ступени предназначена для размещения конденсаторов и предохранителей. В конструкции шкафа конденсаторной ячейки предусмотрены отверстия для естественной вентиляции.
C. Автоматическая ступень
Ячейка автоматической ступени предназначена для размещения предохранителей, контакторов, демпфирующих реакторов и конденсаторов. В конструкции шкафа предусмотрены отверстия для естественной вентиляции.
D. Переходная ячейка
Переходная ячейка предназначена для подключения конденсаторной установки кабелем или шинами, ввод снизу. В данном случае блок автоматики размещается в ячейке с выключателем.
Шкафы установки обладают достаточной механической прочностью, обеспечивающей нормальные условия работы и транспортирования без каких-либо остаточных деформаций или повреждений, препятствующих его нормальной работе.
Ячейки соединены между собой электрически - сборными шинами и механически - болтовыми соединениями. Внутренние перегородки между шкафами конденсаторных ячеек отсутствуют.

3.2. ИЗОЛЯЦИЯ
Изоляция установок удовлетворяет требованиям по классу 01 в соответствии с ГОСТ 12.2.007.0-75. Изоляция установок удовлетворяет требованиям ГОСТ 1516.3. На время проведения испытаний конденсаторы должны быть отключены.
Конденсаторы проходят все необходимые испытания на заводе-производителе конденсаторов.

3.3. КОНДЕНСАТОРЫ
В установках применяются однофазные или трехфазные самовосстанавливающиеся конденсаторы встроенными разрядными резисторами, которые обеспечивают снижение амплитудного значения напряжения на установках до 50 В за время не более 5 мин после отключения установок от электросети.
Конденсаторы имеют в своем составе плавкие предохранители, которые встроены во внутрь корпуса и последовательно соединены с каждой секцией. При пробое секции соответствующий предохранитель должен срабатывать.
При коротком замыкании вне конденсатора предохранители не должны срабатывать. Конденсаторы должны допускать длительную работу:
при повышении действующего значения тока до 1,3 от тока, полученного при номинальном напряжении и номинальной частоте, как за счет повышения напряжения, так и за счет высших гармонических или за счет того и другого вместе независимо от гармонического состава тока.
С учетом предельного отклонения емкости плюс 10% наибольший допустимый ток может быть 1,43 номинального тока конденсатора.
Трехфазные конденсаторы подключаются параллельно, а двухфазные по схеме "треугольник".
Все металлические части конденсаторов имеют защитные покрытия, стойкие к атмосферным воздействиям.
Конденсаторы пропитаны экологически чистой жидкостью, которая является неопасным продуктом и по воздействию на организм человека относится к 3-му классу опасности в соответствии с ГОСТ 12.1.007.
Конденсаторы, отслужившие срок службы или поврежденные в процессе монтажа и эксплуатации, подлежат утилизации (корпус, изоляторы, токоотводы), а выемная часть подлежит захоронению в специально отведенных местах, изолированных от источников воды в соответствии с санитарными нормами.

Рис. 1 Конденсаторы.

3.4. ПРЕДОХРАНИТЕЛИ
Для защиты конденсаторной батареи (секции) применяются предохранители ПКЭ. Номинальный ток предохранителей выбирается из расчета 1.5-2IH номинального тока конденсаторной батареи (секции).
Спецификация в части применяемых конденсаторов и предохранителей в конденсаторных ячейках представлена в таблице 3.

Таблица 3. Конденсаторы и предохранители (расчетная перегрузка)

3.5. ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ
Для коммутации регулируемых ступеней (тип С) применяются выключатели BB/TEL-10/20-1000 У2 исп.51.
Выключатели имеют по 12 блок - контактов (6 нормально-замкнутых и 6 нормально-разомкнутых) для использования во внешних цепях управления и сигнализации, а также 1 служебный нормально-замкнутый блок-контакт, обеспечивающий нормальную и согласованную работу устройства управления и выключателя. Их наличие позволяет ограничить пусковой ток включения конденсаторов до значений, безопасных как для самих конденсаторов, так и для коммутационной аппаратуры. При достижении выключателем ресурса в 50 000 операций «ВО» предписывается проведение операций планово-предупредительного ремонта, который включает в себя следующий перечень мер:

• внешний осмотр состояния трущихся частей привода и магнитной системы;
• проведение операций ТО.

Для управления вакуумным выключателем на двери регулируемой ступени устанавливается блок управления серии TEL.

Рисунок 2. Внешний вид выключателя

3.6. РЕАКТОРЫ
При коммутации батарей выключателями для ограничения тока заряда применены токоограничивающие реакторы типа RMV-260 на напряжение 10 кВ. Реакторы данной серии имеют два габарита и отличаются по электрическим характеристикам. Крепежные элементы универсальны и подходят для крепления реактора любого из двух габаритов.

Рисунок 3. Внешний вид реактора RMV

3.7. РАЗЪЕДИНИТЕЛЬ
В вводной ячейке установок серий ВАРНЕТ-Х-Х-1 -Х/Х УЗ устанавливается разъединитель типа РВЗ-10 с заземляющими ножами со стороны шарнирных контактов (исп. II ). В вводной ячейке разъединитель монтируется так, что заземляющие ножи обеспечивают заземление сборных шин УКРМ. Тип разъединителя соответствует таблице 4.

Таблица 4. Тип разъединителя

3.8. ТРАНСФОРМАТОРЫ
В вводной ячейке установок серий ВАРНЕТ-Х-Х-1-Х/Х УЗ устанавливаются трансформаторы типа ТЛО-10.
Они предназначены для передачи сигнала измерительной информации измерительным приборам и устройствам защиты и управления, а также для изолирования цепей вторичных соединений от высокого напряжения в комплектных распределительных устройствах переменного тока на класс напряжения до 10 кВ.
Трансформаторы тока ТЛО-10 изготавливаются с количеством вторичных обмоток от одной до пяти.
Трансформаторы тока ТЛО-10 изготавливаются в четырех габаритах. Выбор габарита обусловлен сочетанием количества обмоток и требуемых технических параметров.

Рисунок 4. Внешний вид трансформатора ТЛО-10

3.9. ОШИНОВКА
Сборные шины расположены в верхней части шкафа и монтируются к каркасу шкафа через изоляторы внутренней установки.
Ошиновка сборных шин должна проводиться алюминиевыми шинами.
Соединение сборных шин между шкафами производится перемычками того же сечения.
Требования к изоляторам приведены в таблице 5.
Допустимо применение следующих изоляторов: И0-10-7,5, ИОР-10-7,5 и других изоляторов с характеристиками не хуже.
Сечение шин выбирается согласно суммарной емкости конденсаторной сборки по направлению к источнику в соответствии с таблицей 6.

Таблица 5. Параметры изоляторов

Таблица 6. Сечение шин

4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПО НАЗНАЧЕНИЮ
4.1. ПОДГОТОВКА К ЭКСПЛУАТАЦИИ
4.1.1 ИЗМЕРЕНИЕ ЕМКОСТИ
Перед вводом в эксплуатацию произвести измерение емкости каждого конденсатора и записать результаты измерения в эксплуатационный журнал. Значение мощности конденсатора в состоянии поставки должно соответствовать значению мощности, указанному на табличке. Отклонение значения мощности конденсатора от номинальной должно находиться в пределах от минус 5% до плюс 10% при температуре 20°С.
Измерение емкости конденсатора стремя изолированными выводами производить при отключенной установке, попарно между всеми выводами, при этом третий вывод оставлятьнеподсоединенным.
Расчет мощности конденсаторов стремя выводами Q производится по формуле:

где - емкости, измеренные между двумя выводами, Ф;

Измерение емкости конденсатора с шестью изолированными выводами производить на отключенной установке между выводами каждой фазы конденсатора.
Расчет мощности конденсаторов с шестью выводами Q производится по формуле:

где - емкости, измеренные между выводами каждой фазы конденсатора, Ф;
f - номинальная частота (50 Гц);
U - номинальное напряжение конденсатора, В;
Измерение емкости рекомендуется производить при температуре окружающего воздуха от 15 до 35°С. Погрешность измерения емкости должна находиться в пределах ±2%.

4.1.2 ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ
Сопротивление изоляции измеряется мегаомметром на напряжение 2500 В.
Испытательное напряжение прикладывать между предварительно соединенными частями цепей управления, измерения, сигнализации и корпусом установки при отсоединенных силовых цепях и отсоединенных разъемах от регулятора мощности.
Сопротивление должно быть не менее 1 МОм.

4.2. МОНТАЖ И ПОДКЛЮЧЕНИЕ
4.2.1 РАЗМЕЩЕНИЕ И МОНТАЖ
Монтаж производить при полностью обесточенных главных и вспомогательных цепях. Удостовериться, что минимальное расстояние от вентиляционных решеток до любых поверхностей составляет не менее 120 мм. Запрещается размещать установки в пожаро- и взрывоопасных помещениях.
Установки ВАРНЕТ имеют шкафное исполнение, и их необходимо размещать непосредственно на полу в местах, где отсутствует вероятность механических повреждений.
Шкафы крепятся к бетонному полу при помощи анкера забивного и болта Ml 0. При установке на металлическое основание производится сверловка отверстий в основании диаметром 8,5 мм и нарезается резьба М10. Схема разметки под установку шкафов представлена в приложении А. Достаточно установки четырех болтов на каждый шкаф. Болты М10 и анкеры забивные входят в комплект поставки.
После установки шкафов согласно приложения А необходимо демонтировать уголки поз.1 (рис.5), которые фиксируют корпуса конденсаторов поз.2 при перевозке. Уголки поз.2 нужны только при транспортировке шкафов.
Далее производится монтаж шинных перемычек, магистральной шины заземления. Контактные поверхности обработать согласно ГОСТ 10434-82 , установочный чертеж представлен в приложении А. Снять защитную пленку с высоковольтных предохранителей и проверить контактные соединения. Подключение вторичных цепей произвести соединительными жгутами входящими в комплект поставки, схемы подключения представлены в приложении Б. После окончания монтажа вторичных цепей необходимо провести проверку работоспособности схемы в сборе.

Рисунок 5. Крепление конденсаторов

4.2.2 ОРГАНИЗАЦИЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯ
Перед подключением необходимо присоединить установку к контору заземления.
В установке имеются болты для присоединения заземления и выпуски шины магистрали заземления под приварку.
Ячейки установки, а также открывающиеся двери соединены между собой заземляющими проводниками.
В конструкции шкафа предусмотрена шина заземления.
В конденсаторных установках предусмотрены заземляющие элементы:
- у вторичных обмоток трансформаторов тока;
- у приводов разъединителей;
- у корпусов выключателей;
- у металлических корпусов элементов вторичных цепей и блока автоматики;
- у шкафа автоматики установки.
Болт заземления каждого из конденсаторов, входящих в установку, соединен заземляющим проводником с каркасом ячейки установки. Каркасы ячеек имеют бонки заземления под болт Мб для присоединения шкафа к общему контуру заземления.
Конденсаторные установки имеют разъединители с заземляющими ножами для заземления установки после ее отключения (в случае комплектации установки с разъединителем).
Заземление каждой из конденсаторных батарей при выполнении профилактических ремонтных работ может выполняться переносным заземляющим устройством.
Вводная ячейка конденсаторной установки имеет болт диаметром не менее 6 мм для присоединения переносного заземления.
Заземление каждой ячейки установок осуществлено присоединением к заземляющему проводнику гибким проводом ПВЗ Ж/3 сечением 4мм кв.

4.2.3 ПОДКЛЮЧЕНИЕ К СЕТИ
До подключения установки к сети проверить качество крепления всей аппаратуры и контактных соединений (затяжку винтов, гаек).
Все операции по включению 8 сеть и отключению установок от сети в процессе эксплуатации производить в соответствии с требованиями руководства по эксплуатации. В случае срабатывания защиты повторное включение установок производить только после выяснения и исключения причин отключения.
Подключить установку через кабельный ввод к сети. Ввод кабеля в установках осуществляется снизу. Для этого в вводной ячейке в основании предусмотрен вырез.
Подключить установку через кабельный ввод к сети. Ввод кабеля в установках осуществляется снизу. Для этого в вводной ячейке в основании предусмотрен вырез. Ввод контрольного кабеля осуществляется сбоку в короб, размещенный в верхней части шкафа. Допускается при необходимости ввод кабеля в короб через высоковольтный отсек. При этом необходимо произвести сверловку отверстия под кабельный ввод и уплотнить его сальником.

4.2.4 ЗАЩИТА
Конденсаторные установки имеют индивидуальную защиту конденсаторов от токов короткого замыкания, осуществляемую плавкими предохранителями.
Предохранители выбираются в соответствии с IEC 60549 "Высоковольтные предохранители для внешней защиты силовых конденсаторов". В установках применены предохранители серии ПКЭ.
Вторичные цепи защищены предохранителями.
Конденсаторные установки имеют:
- токовую защиту при перегрузке током сверх 130% номинального с выдержкой времени 5 мин;
-защиту от максимального напряжения сверх 110% номинального с выдержкой времени 5 мин для нерегулируемых установок, в регулируемых установках данную функцию выполняет регулятор;
- защиту от повторного включения в течение 5 мин после отключения на время разряда конденсаторов.

4.2.5. БЛОКИРОВКИ, ИНДИКАЦИЯ И ОСВЕЩЕНИЕ
Контроль равенства емкостных токов трех фаз установок осуществлен амперметрами, включенными через трансформаторы тока, расположенными 8 вводной ячейке.
Предусмотрен полный запрет оперирования разъединителем при включенном выключателе. Блокировка обеспечивается шторочным механизмом, который блокируется электромагнитным замком YA.
Открытие дверей вводной ячейки и конденсаторных ячеек невозможно при наличии напряжения на сборных шинах установки. Блокировки обеспечиваются посредством электромагнитных замков на дверях ячеек YA и концевого выключателя SQ, который препятствует подаче напряжения на замки при включенном выключателей в течение 300 с после его отключения.
Предусмотрен запрет оперирования выключателем при открытых дверях ячеек. Блокировка осуществляется благодаря концевым выключателям SQ.
В каждой ячейке обеспечена подсветка/освещение для наблюдения за состоянием основного оборудования ячейки через смотровые окна.

4.2.6. ПРОВЕРКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЗАЩИТ, БЛОКИРОВОК, ИНДИКАЦИИ
Установка считается готовой к испытаниям если:

• Выполнен монтаж соединительных жгутов.
• Проверены на работоспособность и при необходимости отрегулированы механические блокировки.
• На все компоненты установки подано электропитание.
• Выполнено защитное заземление установки.
• Запрограммирован регулятор установки.
• Подключение испытательного оборудования необходимо выполнять к установке в последовательности и согласно схем подключения представленных ниже.

4.2.6.1. Функциональная проверка работоспособности блокировок и защит
При проверке работоспособности автоматических и нерегулируемых установок следует проводить проверку работоспособности защит установки в следующей последовательности:
1. Произвести подключение согласно испытательной схемы.
2. Ячейка отходящей линии конденсаторной установки должна находится в контрольном положении.
Схема проверки защит, блокировок индикации, за исключением регулятора (подключение в ячейке ввода).

Включение установки производить в следующей последовательности:

• Визуально проверить целостность монтажа внутренних соединений шкафа;
• Предохранители установки должны быть в положении «Откл.»;
• Все двери установки должны быть закрыты на замки, при наличии разъединителя заземление должно быть снято, разъединитель замкнут;
• Выключатель ячейки отходящей линии конденсаторной установки включить в контрольном положении.
• Подать питающее напряжение на установку (подача напряжения должна производится через защитный автоматический выключатель);
• Включить предохранители FU1-FU2;
• При подаче напряжения питания контролировать появление световых сигналов на светодиодах блока управления, индикацию лампы сигнализации «включено»;

2. Проверить срабатывание всех электромагнитных замков;
3. Принудительно с помощью ручного замка аварийного отключения разблокировать электрозамки разъединителя, наложить заземление, включить разъединитель, вернуть в исходное состояние, открыть двери установки по очереди начиная с ячейки ввода, закрыть двери. При всех манипуляциях проконтролировать погасание лампы индикации «включено», загорается лампа индикации «разряд батареи».
4. Повысить испытательное напряжение на 110% от номинального напряжения по цепям ТН, через 5 минут визуально проконтролировать: срабатывание лампы индикации «перегрузка по напряжению», погасание лампы индикации «включено», загорается лампа индикации «разряд батареи». В случае не срабатывания реле напряжения 110% от номинального либо срабатывания лампы индикации не через 5 минут, проверить правильность уставки на реле напряжения и реле времени соотвеавенно;
5. Повысить испытательный ток на 130% номинального, через 5 минут визуально проконтролировать срабатывание лампы индикации «перегрузка по току», погасание лампы индикации «включено», загорается лампа индикации «разряд батареи». В случае не срабатывания теплового реле 130% тока от номинального проверить правильность уставки на тепловом реле;
6. Отключить выключатель ячейки отходящей линии конденсаторной установки, загорается лампа «Разряд батареи», необходимо проконтролировать её горение в течение 5 минут. Во время горения лампы проверить закрытое соаояние всех электрозамков. По истечении 5 минут, электрозамок блокировки разъединителя должен разблокироваться лампа «Разряд батареи» погаснуть, остальные электрозамки оааются в заблокированном состоянии. В случае отсутствия разъединителя разблокируются все электрозамки установки. Оперировать разъединителем, установить его в разомкнутое соаояние, проверить закрытое соаояние электрозамков установки кроме замка разъединителя. Наложить заземление сборных шин, заземление ввода, разблокируются все электрозамки установки;
7. Проверить работоспособность освещения установки путем включения и выключения выключателя. После успешного окончания проверок по данной процедуре регулятор, блокировки и защиты считаются прошедшими испытания.

5. ЭКСПЛУАТАЦИЯ И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ
5.1. МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ
Не допускается эксплуатация установок при снятых защитных кожухах и открытых дверях.
Внимание! В течение 5 минут после отключения установки запрещается производить разряд конденсаторов закорачиванием их выводов накоротко, а также прикосновение к токоведущим частям.
Перед прикосновением к токоведущим частям отключенных установок независимо от предшествующего разряда необходимо произвести индивидуальный разряд всех конденсаторов замыканием их выводов накоротко и на корпус заземленной металлической шиной, укрепленной на изолирующей штанге.
В случае, когда конденсатор не подключен к установке, но находится в зоне действия электрического поля, выводы конденсатора закоротить перемычкой, которую снять при подключении.
Техническое обслуживание производить при полностью обесточенных главных и вспомогательных цепях.
При проведении ремонтных работ на месте эксплуатации необходимо обеспечить условие выполнения видимого разрыва вводных цепей.

5.2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ
Осмотр без отключения конденсаторов производить не реже одного раза в декаду. Измерение емкости конденсатора производить в соответствии с рекомендациями 4.1.1 через два месяца после ввода в эксплуатацию и далее не реже одного раза в год.
Осмотр конденсаторов в отключенном состоянии производить через два месяца после ввода в эксплуатацию, а далее не реже одного раза в год. При этом проверить:
- исправность электрических контактных соединений. В случае ослабления контактных соединений подтянуть гайки:
- отсутствие повреждений корпуса (отсутствие механических повреждений).
Снимать с эксплуатации конденсаторы, имеющие дефекты:
- пробой между выводами, уменьшение значения емкости (мощности) более 15 по сравнению со значением, измеренным до начала эксплуатации;
- повреждение корпуса.
Технический осмотр остальных элементов следует производить одновременно с осмотром конденсаторов в отключенном состоянии в следующем объеме:
- очистить от пыли и загрязнения;
- проверить целостность плавких вставок (внешним осмотром);
- проверить надежность всех резьбовых соединений;
Неисправные элементы схемы заменить элементами того жетипономинала.
Обо всех технических осмотрах и неисправностях, обнаруженных во время технических осмотров, должны быть произведены соответствующие записи в эксплуатационном журнале.

6. МАРКИРОВКА
Требования к маркировке УКРМ по ГОСТ 18620. При этом маркировка УКРМ содержит следующие маркировочные данные:
а) товарный знак предприятия - изготовителя;
б) обозначение типа установки;
б) заводской номер и год выпуска;
г) номинальное напряжение, кВ;
д) номинальная частота, Гц;
е) количество и мощность ступеней, кВар
Установки имеют рядом с болтом для заземления знак электрического заземления по ГОСТ 21 130-75. Установки имеют информационные таблички, содержащие следующие данные:
а) Ступень;
б) мощность;
в) секция.
Каждый шкаф установки имеет на двери ячейки знак для предупреждения об опасности поражения электрическим током по ГОСТ 12.4.026-76.
Каждый шкаф установки с конденсаторами имеет таблички:
- предписывающая: «Работать при наложенном межполюсном заземлении»
- информационные: «Питание, Авария, Готов» (для каждой регулируемой ступени) и «Освещение»;
Вводной шкаф имеет информационные таблички: «Освещение», «Ток фаза А», «Ток фаза В», «Ток фаза С», «Разряд батареи», «Включено», «Перегрузка по току» и «Перегрузка по напряжению» (для нерегулируемых установок), «Регулятор мощности» (для регулируемых установок).
На табличке конденсатора указаны:
- товарный знак предприятия изготовителя;
- условное обозначение конденсатора;
- частота номинальная в герцах;
- уровень изоляции в киловольтах. Уровень изоляции обозначают двумя числами, разделенными косой чертой, где первое - действующее значение испытательного напряжения переменного тока частоты 50 Гц между выводами, соединенными вместе, и корпусом, а второе число - максимальное значение испытательного напряжения полного грозового импульса 1,2/50;
- интервал рабочих температур окружающего воздуха в градусах Цельсия. Интервал рабочих температур обозначают двумя числами, разделенными косой чертой, где первое - самая низкая температура окружающего воздуха, а второе - категория температуры согласно ГОСТ 1282-88.
Транспортная маркировка соответствует ГОСТ 14192. При этом на коробках кроме основных и дополнительных надписей, нанесены:
- информационные надписи: масса и габариты;
- мани пул яционные знаки: "Место строповки", "Верх" и при необходимости "Хрупкое. Осторожно", "Центр тяжести";
- информационные надписи по реквизитам заказчика и по данным предприятия - изготовителя (заказ-наряд, заводской заказ, чертеж).

7. ПРАВИЛА ХРАНЕНИЯ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ
7.1. Условия транспортирования и хранения и допустимый срок сохраняемости до ввода в эксплуатацию установок (в упаковке и консервации предприятия-изготовителя) соответствует ГОСТ 23216 и приведены в таблице 7.
7.2. В договорах на поставку УКРМ допускается устанавливать другие условия транспортирования и хранения.
7.3. Транспортирование железнодорожным и водным транспортом производится без ограничения дальности перевозок.
7.4. Транспортирование автомобильным транспортом может производиться по дорогам с асфальтовым или бетонным покрытием на любое расстояние, а по грунтовым или булыжным дорогам на расстояние до 250 км со скоростью до 40 км / ч.
7.5. Условия погрузки, выгрузки, способы крепления на транспортных средствах по чертежам предприятия-изготовителя и в соответствии с "Правилами перевозок грузов", действующими на каждом виде транспорта.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

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.

Мощность, потребляемая нагрузкой на переменном токе, подразделяется на активную (P) и реактивную (Q) составляющую. Полезную работу совершает только активная мощность, а реактивная мощность идет на создание магнитного и электрического поля. Передача реактивной мощности от источников генерации к потребителю нежелательна по следующим причинам:

• появляются дополнительные потери активной мощности и энергии во всех элементах электрической сети;
• возрастают потери напряжения;
• увеличиваются капитальные затраты на строительство сетей, так как приходится ставить более мощное оборудование на подстанциях и прокладывать линии с большим сечением жил проводов и кабелей.

Существует ряд мероприятий по снижению потребления реактивной мощности, в частности, установка компенсирующих устройств (КУ). Очевидно, что наиболее целесообразно ставить КУ в местах потребления реактивной мощности, так как в этом случае разгружается все элементы сети, участвующие в передаче электроэнергии. Для компенсации реактивной мощности используются конденсаторные батареи, синхронные компенсаторы, тиристорные компенсаторы.

Соотношение потребления активной и реактивной мощности характеризуется коэффициентом реактивной мощности – tgϕ.

Таблица 1. Предельные значения tgϕ в часы больших суточных нагрузок электрической сети для потребителей, присоединенных к сетям напряжением ниже 220 кВ, определяются в соответствии с приложением к (см. табл. 1).

Предельные значения коэффициента реактивной мощности

Следует заметить, что эти значения устанавливаются

«…в отношении потребителей электрической энергии, присоединенная мощность энергопринимающих устройств которых более 150 кВт (за исключением граждан-потребителей, использующих электрическую энергию для бытового потребления, и приравненных к ним в соответствии с нормативными правовыми актами в области государственного регулирования тарифов групп (категорий) потребителей (покупателей), в том числе многоквартирных домов, садоводческих, огороднических, дачных и прочих некоммерческих объединений граждан)» .

Кроме того, максимальная величина tgϕ может указываться в выдаваемых потребителям технических условиях (ТУ) на подключение к электрическим сетям. В этом случае примерная формулировка следующая (пример для ТП-10/0,4 кВ):

«Согласованный системным оператором tg ϕ на стороне 10 кВ принять не более 0,1. Проектом необходимо выполнить расчёт реактивной мощности, предусмотреть компенсирующие устройства с автоматическим регулированием в РУ-0,4 кВ трансформаторной подстанции. Количество и мощность компенсирующих устройств определить проектом».

В приведенной формулировке требования к максимальному значению tgϕ жёстче, чем в (см. табл. 1). При этом не указывается, к какому режиму относится требование – часы больших или малых суточных нагрузок.

В статье рассматривается распространенный случай компенсации реактивной мощности в системе электроснабжения при установке регулируемой батареи конденсаторов на шинах 0,4 кВ трансформаторной подстанции (ТП) напряжением 10(6)/0,4 кВ.

Постановка задачи

Принципиальная электрическая схема трансформаторной подстанции с установленными устройствами компенсации реактивной мощности (конденсаторными батареями) приведена на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема трансформаторной подстанции.

Как правило, секционный автоматический выключатель в нормальном режиме работы ТП разомкнут. Каждую секцию шин можно рассматривать изолировано друг от друга и рассчитывать параметры режима отдельно. Для упрощения расчетов будем считать режимы потребления электроэнергии на обеих секциях симметричными и примем следующие обозначения:

• P р.нагр.1 = P р.нагр.2 = P р.нагр. – расчётная активная мощность нагрузки;
• cosϕ р.нагр.1 = cosϕ р.нагр.2 = cosϕ р.нагр. – расчётный коэффициент мощности нагрузки;
• Q КУ-1.ном = Q КУ-2.ном = Q КУ.ном – номинальная мощность устройства компенсации реактивной мощности (УКРМ);
• ΔQ КУ-1 = ΔQ КУ-2 = ΔQ КУ – мощность ступени регулирования УКРМ;
• U НН – номинальное напряжение стороны низкого напряжения (НН);
• P 1НН = P 2НН = P НН = P р.нагр. – расчётная активная мощность на шинах НН;
• Q 1НН = Q 2НН = Q НН – расчётная реактивная мощность на шинах НН;
• tgϕ 1НН = tgϕ 2НН = tgϕ НН – расчётный коэффициент реактивной мощности на шинах НН;
• ΔP Т – потери активной мощности в трансформаторе;
• ΔQ Т – потери реактивной мощности в трансформаторе;
• U ВН – номинальное напряжение стороны высокого напряжения (ВН);
• tgϕ max (tgϕ min) – максимальное (минимальное) значение нормируемого коэффициента реактивной мощности на шинах ВН;
• P 1ВН = P 2ВН = P ВН – расчётная активная мощность на шинах ВН;
• Q 1ВН = Q 2ВН = Q ВН – расчётная реактивная мощность на шинах ВН;
• tgϕ 1ВН = tgϕ 2ВН = tgϕ ВН – расчётный коэффициент реактивной мощности на шинах ВН.

Расчет мощности УКРМ

Коэффициент реактивной мощности на стороне ВН определяется следующим образом:

Потребляемая реактивная мощность на шинах ВН складывается из реактивной мощности нагрузки и реактивных потерь мощности в трансформаторе за вычетом расчетной мощности компенсирующего устройства: Потребляемая активная мощность на шинах ВН складывается из активной мощности нагрузки и активных потерь мощности в трансформаторе:

Выразим реактивную мощность нагрузки через известные величины (см. рис.1):

Потери активной и реактивной мощности в трансформаторе зависят от передаваемой мощности и рассчитываются по формулам (7) и (8):

ΔQ μ – потери реактивной мощности холостого хода трансформатора, квар; где ΔP xx – потери активной мощности холостого хода трансформатора (паспортные данные), кВт;

ΔP нагр. (ΔQ нагр.) – нагрузочные активные (реактивные) потери в трансформаторе, кВт (квар);

ΔP к – потери активной мощности короткого замыкания трансформатора (паспортные данные), кВт;

S НН – потребляемая полная мощность на шинах НН, кВ*А:

I хх – ток холостого хода трансформатора, %; S Т – номинальная полная мощность трансформатора, кВ*А;

U к – напряжение короткого замыкания трансформатора, %.

Следует заметить, что расчеты по формулам (7) – (9) носят приближённый характер, так как на этом этапе нельзя определить значение Q НН из-за того, что неизвестно расчетное значение реактивной мощности компенсирующего устройства Q КУ.р, см. формулу (4). В этом случае можно:

• принять Q КУ.р = 0 и выполнить расчет без компенсирующего устройства;
• принять Q КУ.р = Q р.нагр. и выполнить расчет при полной компенсации реактивной мощности на шинах НН (этот вариант рекомендуется использовать из-за меньшей расчетной погрешности первой итерации расчёта потерь в трансформаторе).

Подставляя в (2) выражения (3), (4) и (5), получим выражение для расчета коэффициента реактивной мощности на шинах ВН, где вторым неизвестным является значение реактивной мощности компенсирующего устройства Q КУ:

Так как максимальное значение коэффициента реактивной мощности на шинах ВН нормировано, значит должно выполняться следующее условие:

Выполнение условия (11) необходимо по нормативным требованиям, но недостаточно, так как коэффициент реактивной мощности может быть отрицательной величиной. Действительно, если в (10) Q КУ.р будет достаточно большой величиной, чтобы числитель дроби стал отрицательным, то получим перекомпенсацию реактивной мощности Q ВН < 0 (генерацию в сеть высокого напряжения) и tgϕ ВН < 0. Перекомпенсация реактивной мощности также нежелательна, как и недокомпенсация, так как в сети опять появляются дополнительные потери мощности и энергии в электрической сети и возрастают капитальные затраты на её строительство. Таким образом, наряду с максимальным значением коэффициента реактивной мощности должно задаваться его минимальное значение tgϕ min . В отсутствие нормативных требований к величине tgϕ min его значение может быть определено из следующих соображений:

• если генерация реактивной мощности в сеть ВН недопустима, то tgϕ min = 0;
• если нельзя превышать заданный уровень потерь мощности и энергии в сети, а также обеспечить работу оборудования в номинальных режимах (перекомпенсация допустима), то tgϕ min = -tgϕ max .

Необходимое и достаточное условие для выбора УКРМ выглядит следующим образом:

Подставив (10) в (12), получим:

Рассмотрим отдельно левую и правую части выражения (13).

Очевидно, что tgϕ max будет при наименьшем расчетном значении реактивной мощности компенсирующего устройства Q КУ.р. min . Заменим в (13) Q КУ.р на Q КУ.р. min и подставим знак равенства между правой и средней частью выражения:

Выразив в (14) Q КУ.р. min и выполнив необходимые преобразования (15), получим выражение для расчета минимально допустимой мощности компенсирующего устройства (16):

Аналогично для левой части (13), tgϕ min будет при наибольшем расчетном значении реактивной мощности компенсирующего устройства Q КУ.р. max . Соответственно, выражение для расчета максимально допустимой мощности КУ:

Номинальная мощность установки компенсации реактивной мощности выбирается из условия:

Подставив (16) и (17) в (18), получаем окончательные выражения для выбора номинальной реактивной мощности УКРМ: где Q КУ.р. max и Q КУ.р. min – граничные значения реактивной мощности УКРМ, определенные для расчётных значений P р.нагр. и cosϕ р.нагр. .

Конденсаторная батарея (УКРМ) содержит ограниченный набор конденсаторов. Конденсаторы могут быть одинаковой или различной ёмкости и разбиты на группы. Каждая группа имеет свое коммутационное устройство (контактор) для включения в электрическую цепь. Микропроцессорный блок контроля и управления измеряет параметры текущего режима (ток и напряжение) и подбирает такое сочетание имеющихся групп конденсаторов, чтобы обеспечить требуемое значение коэффициента реактивной мощности. Очевидно, что регулирование реактивной мощности УКРМ является дискретным. Минимальная величина изменяемого значения реактивной мощности УКРМ называется ступенью регулирования ΔQ КУ . Чем меньше ступень регулирования, тем более громоздким и дорогим получается УКРМ, так как увеличивается число конденсаторных групп и коммутационных устройств, но тем точнее поддерживается заданный коэффициент реактивной мощности. Выбрав УКРМ, проводим вторую итерацию расчетов по формулам (7) – (9), подставляя в формулы вместо Q КУ.р значение Q КУ.ном, и уточняем величину Q КУ.ном по выражениям (19) и (20).

Выбор ступени регулирования УКРМ

Таким образом, при выборе УКРМ необходимо наряду с номинальной мощностью определить величину ступени регулирования. Ступень регулирования должна быть достаточно мала для поддержания коэффициента реактивной мощности в заданном диапазоне, см. (12), и в то же время без необходимости не увеличивала габариты и стоимость УКРМ.

Для наглядности нанесём значения Q КУ, Q КУ. min и Q КУ. max на числовую ось Q для текущего (не расчетного) режима нагрузки в фиксированный момент времени (см. рис. 2, а).

Текущий режим нагрузки характеризуется значениями:

• P нагр. (Q нагр.) – активная (реактивная) мощность нагрузки;
• cosϕ нагр. – коэффициент мощности нагрузки;
• Q КУ – реактивная мощность, вырабатываемая КУ;
• Q КУ. min и Q КУ. max – граничные значения реактивной мощности УКРМ для текущего режима нагрузки.

Рис. 2. Изображение реактивной мощности УКРМ в текущем режиме.

а – до переключения ступени регулирования; б – в момент переключения ступени регулирования

Значение Q КУ находится между значениями Q КУ. min и Q КУ. max , значит коэффициент реактивной мощности tgϕ ВН находится в допустимом диапазоне значений. При уменьшении реактивной мощности нагрузки Q нагр. значения Q КУ. min и Q КУ. max начинают уменьшаться, см. (5), (16) и (17). При этом они смещаются влево на оси Q до тех пор, пока Q КУ. max не достигнет значения Q КУ (см. рис. 2, б). При дальнейшем снижении Q нагр. значение Q КУ выходит за допустимый диапазон. В этот момент УКРМ снижает вырабатываемую реактивную мощность Q КУ на величину ступени регулирования ΔQ КУ до значения Q’ КУ. Очевидно, что величина ступени регулирования не должна превышать разность между значениями Q КУ. max и Q КУ. min . Аналогичные рассуждения можно провести при увеличении реактивной мощности нагрузки Q нагр.

Итак, расчётная величина ступени регулирования компенсирующего устройства определяется по выражению:

Подставив в (21) выражения (16) и (17), получим формулу расчёта ступени регулирования УКРМ:

Выбор ступени регулирования УКРМ ΔQ КУ выполняется по выражению:

Подставив (22) в (23), окончательно получим:

Из (22) видно, что расчетное значение ступени регулирования зависит от величины активной мощности нагрузки P нагр. ; при снижении P нагр. снижается и расчетное значение ΔQ КУ.р. Следовательно, если ступень регулирования выбрана по расчетной мощности нагрузки P р.нагр. , то приемлемое значение tgϕ ВН гарантированно будет обеспечиваться только в диапазоне расчетных (максимальных) значений нагрузок потребителей. При снижении потребляемой нагрузки P нагр. величина ΔQ КУ.р может оказаться меньше ΔQ КУ, и tgϕ ВН выйдет за границы диапазона допустимых значений tgϕ max и tgϕ min . Во избежание этой ситуации рекомендуется производить расчет ΔQ КУ.р в режиме малых нагрузок. Тогда выбранная ступень регулирования ΔQ КУ по выражению (24) обеспечит поддержание tgϕ ВН в требуемом диапазоне в режиме и больших, и малых нагрузок.

Пример расчёта

Произведем расчет номинальной мощности и ступени регулирования УКРМ для следующих условий:

параметры нагрузки:

• P р.нагр. = 400 кВт;
• P р. min.нагр. = 150 кВт (расчётная мощность в режиме малых нагрузок);
• cosϕ р.нагр. = 0,85;

заданный диапазон значений коэффициента реактивной мощности:

• tgϕ max = 0,1;
• tgϕ min = 0;

паспортные значения трансформатора:

Выполним подбор номинальной мощности УКРМ по выражению (18):

Подставим в формулу (27) выбранное значение номинальной мощности УКРМ вместо Q КУ.р (вторая итерация расчётов): Выбираем по каталогу завода-изготовителя УКРМ с номинальной мощностью 250 квар.

Окончательно выбираем УКРМ номинальной мощностью 250 квар. Так как значение S НН практически не изменилось, то не имеет смысла производить все расчёты второй итерации. В итоге номинальное значение реактивной мощности УКРМ не изменится.

Рассчитаем ступень регулирования УКРМ по выражению (22), предварительно определив потери активной мощности в трансформаторе в режиме минимальных нагрузок по формуле (7), приняв S НН = P р. min.нагр. , так как приближенно считаем, что всю реактивную мощность нагрузки компенсирует УКРМ:

Итак, в результате расчёта выбрали УКРМ с номинальной мощностью 250 квар и ступенью регулирования 12,5 квар (всего 20 ступеней). Учитывая (23), по каталогу завода-изготовителя выбираем УКРМ со ступенью регулирования ΔQ КУ = 12,5квар.

Выводы

1. При выборе УКРМ (конденсаторной батареи) расчёту подлежит не только её номинальная мощность, но и ступень регулирования.
2. Выбор ступени регулирования рекомендуется выполнять для режима малых нагрузок.
3. Расчёты с учётом потерь мощности в трансформаторе носят приблизительный характер и их рекомендуется проводить в две итерации; в некоторых случаях от второй итерации можно отказаться ввиду незначительной погрешности расчётов.


P нагр. – активная мощность на шинах НН трансформаторной подстанции (рекомендуется принимать значение для режима малых нагрузок). где ΔQ КУ – мощность ступени регулирования устройства компенсации реактивной мощности (УКРМ);

Литература


1. Приказ Министерства промышленности и энергетики РФ от 22 февраля 2007 г. № 49 «О порядке расчёта значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств) потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии (договорах энергоснабжения)».