9 Компенсація реактивної потужності

Компенсація реактивної потужності застосовується в системах електропостачання для забезпечення раціональної передачі реактивної потужності по елементах електричної мережі, а також для забезпечення показників якості електроенергії (відхилення напруги, розмах коливань напруги, коефіцієнт несинусоїдальності). Встановлення компенсуючих пристроїв дозволяє в ряді випадків знизити капітальні витрати за рахунок застосування трансформаторів меншої потужності і зниження перерізів провідників електричної мережі, але найбільшим ефектом від застосування компенсації реактивної потужності є зниження втрат активної потужності у елементах електричної мережі.

При вирішенні питання щодо компенсації реактивної потужності необхідно визначити:

- потужність компенсуючих пристроїв, та місце їх встановлення;

• вибір виду, конструктивного виконання компенсуючих пристроїв, та режиму їх роботи.

Джерелами реактивної потужності, які можуть використовуватись як пристрої її компенсації є батареї статичних конденсаторів (БСК) з напругою більше 1000В і до 1000В або синхронні двигуни з напругою. Більш економічними джерелами реактивної потужності є батареї статичних конденсаторів, але коли за технологією передбачено встановлення синхронних двигунів, то вони обов’язково розглядаються як можливі джерела реактивної потужності.

При проектуванні електропостачання промислових підприємств питання вибору потужності трансформаторів цехових ТП нерозривно пов’язане з компенсацією реактивної потужності мережі напругою до 1000В. Потужність компенсуючих пристроїв з напругою до 1000В вибирається за умови забезпечення оптимального коефіцієнта завантаження трансформаторів КТП, а також за умови оптимального зниження втрат активної потужності в елементах живильних мереж.

Економічно доцільна реактивна потужність, яка передається через трансформатори, визначається за формулою:

_(9.1)

де - номінальна потужність обраного трансформатора;

- розрахункова активна потужність;

- число трансформаторів КТП;

- оптимальний коефіцієнт завантаження :

= 0,7¸0,8 для двотрансформаторної КТП;

= 0,9¸0,95 для однонотрансформаторної КТП;

Сумарна потужність низьковольтних компенсуючих пристроїв:

_(9.2)

де - потужність компенсуючи пристроїв для забезпечення оптимального k_з.

- додаткова потужність компенсуючих пристроїв для зниження втрат активної потужністі.

_(9.3)

де - розрахункова реактивна потужність;

- втрати реактивної потужності у трансформаторах;

_(9.4)

Якщо Q_нку1<0, то встановлення компенсуючих пристроїв не потрібно Q_нку1=0.

Додаткова потужність Q_нку2 для зниження втрат визначається за формулою:

, (9.5)

де γ – розрахунковий коефіцієнт, який визначається за різницею техніко-економічних показників пристроїв компенсації реактивної потужності на боці НН та ВН трансформаторів.

Коефіцієнт γ приймається за довідковими даними в залежності від коефіцієнтів: k₁, який враховує різницю зведених витрат при компенсації реактивної потужності на боці НН і ВН, та коефіцієнта k₂:

_(9.6)

де - зведені втрати на компенсацію реактивної потужності на боці НН і ВН відповідно;

С₀ – розрахункова вартість втрат (грн./кВт).

Якщо відсутні вірогідні дані, то k₁ приймається за довідковими даними [8].

Коефіцієнт визначається за формулою:

_(9.7)

де - довжина мережі живлення (від РП або ПГВ до КТП), км;

F – переріз провідників мережі, мм²;

За визначеним значенням Q_нку приймається стандартне значення потужності конденсаторних батарей.

Місце встановлення конденсаторних батарей визначається з урахуванням конкретного розташування електроприймачів та їх реактивної потужності. Найчастіше конденсаторні батареї приєднуються до шин РУ-0.4кВ КТП або до магістрального шинопровода у разі застосування схеми блока трансформатор – магістраль.

Конденсаторні установки можуть бути встановлені безпосередньо біля електроприймачів або приєднуватись до силових пунктів (у разі споживання великої реактивної потужності споживачем з постійним режимом роботи). Режим роботи конденсаторних установок у незавантажені зміни визначається з урахуванням недопустимості режиму перекомпенсації (автоматично вимикати НКУ).

Загальна потужність компенсуючих пристроїв визначається з умови забезпечення балансу реактивної потужності на границі приналежності: енергосистема – підприємство. Потужність компенсу-

ючих пристроїв напругою більше 1000В визначається балансом реактивної потужності:

_(9.8)

де: - сума розрахункових реактивних потужностей споживачів з урахуванням коефіцієнту різночасності максимумів реактивної потужності;

- сумарні втрати реактивної потужності у трансформаторах КТП;

- втрати реактивної потужності у трансформаторах ПГВ або ГЗП;

- економічно доцільна реактивна потужність, яка передається з енергосистеми у години максимального навантаження;

- сумарна потужність компенсуючих пристроїв на боці НН;

- реактивна потужність, яку генерують синхронні двигуни.

_(9.9)

де - розрахункова потужність і-го споживача цеху (синхронних та асинхронних двигунів з напругою > 1кВ, тощо);

- оптимальний коефіцієнт потужності, який задається енергосистемою (при відсутності даних можна прийняти = 0,3).

Компенсуюча здатність синхронних електродвигунів визначається за формулою:

_(9.10)

де - номінальна потужність та коефіцієнт потужності

і-го електродвигуна.

- коефіцієнт, який залежить від коефіцієнту завантаження по активній потужності , (визначається за довідковими даними)[8].

Конденсаторні батареї з напругою більше 1000В вибираються у комплектному виконанні зі стандартними реактивними потужностями.

Регулювання потужності компенсуючих пристроїв проводиться з урахуванням забезпечення передачі реактивної потужності у години мінімального навантаження Q_с2, яке задається енергосистемою. Якщо немає вірогідних даних, то Q_с2 розраховують за виразом [8]:

_(9.11)

_{де - напруга живильної мережі, необхідне для нормальної роботи споживача;}

_{- напруга енергосистеми у години мінімуму навантаження.}

Компенсація реактивної потужності у мережах з різко змінними та нелінійними навантаженнями призначення окрім зниження втрат активної потужності, для забезпечення нормативних показників якості електроенергії.

Особливості компенсації реактивної потужності у мережах з різкозмінним, несиметричним і нелінійним навантаженням є такими:

• низький коефіцієнт потужності та різкозмінний характер навантаження обумовлюють необхідність компенсації постійної і змінної складової реактивної потужності. Компенсація постійної складової реактивної потужності призначена для підвищення cosφ та зменшення відхилень напруги мережі живлення. Змінна складова компенсації реактивної потужності призначена для зменшення коливань напруги у мережі до припустимого рівня;

• для компенсації змінної складової реактивної потужності потрібно застосовувати швидкодіючі регульовані пристрої компенсації (спеціальні синхронні компенсатори (ССК), тиристорні регулятори ТКРМ, тощо);

• нерівномірне споживання реактивної потужності по фазах потребує застосування пофазного керування компенсуючим пристроєм;

• наявність у мережі вищих гармонічних складових обумовлює застосування фільтро-компенсуючих пристроїв;

• для забезпечення нормативного коефіцієнту несиметрії у мережах з потужними однофазними навантаженнями застосовуються фільтро-симетруючі пристрої.

Методика вибору фільтро-компенсуючих і фільтро-симетруючих пристроїв наведена у [ 3].