4.7.3 Схемы соединения и включения конденсаторов и конденсаторных установок в электрическую сеть

Конденсаторы соединяются обычно в группы, секции и установки. С точки зрения максимального использования ёмкости конденсаторов лучшее соединение их в батарею по схеме ∆. РМ, вырабатываемая конденсаторами, равна Q=ώ*C*U²*10^-3, и поэтому при одной и той же ёмкости конденсаторов при соединении их ∆ КУ выдают в сеть РМ в три раза большую, чем при схеме соединения в . Конденсаторы напряжением 0,22 кВ; 0,38 кВ; 0,66 кВ изготавливаются в основном в 3-х фазном исполнении, а в однофазном – только по специальному заказу. КУ напряжением до 1000 В соединяются, как правило, по схеме ∆, но могут применяться и схемы,. Конденсаторы 1,05 кВ; 3,15 кВ; 6,3 кВ; 10,5 кВ изготавливаются только однофазными и соединяются по схеме ∆ и с предохранителями как групповой, так и индивидуальной защиты. Для КУ напряжением более 10 кВ применяется схема с параллельно-последовательным соединением конденсаторов в каждой фазе. Схемы включения КУ напряжением до 1000 В в электрическую сеть представлены на рисунке 4.25, а напряжением выше 1000 В – на рисунке 4.26. Обычно схемы а) и б) (рисунок 4.26) применяются для сетей 6 кВ, а схемы в) и г) (рисунок 4.26) – для сетей 10 кВ.

КУ (3–10) кВ можно комплектовать из конденсаторов 0,66 кВ или 1,05 кВ, но они будут дороже на (10–15) %, таких же БСК, скомплектованных, соответственно, из конденсаторов 3,15 кВ; 6,3 кВ; 10,5 кВ.

Коммутационная аппаратура для отключения КУ выбирается по току с запасом на 50 %. В сетях (3–10) кВ для коммутации рабочих токов КУ применят, как правило, вакуумные или элегазовые выключатели, а для отключения ТКЗ можно применять МВ типа ВМП-10 и др.

Разрядные сопротивления служат доя разряда КУ после отключения их по сети и обеспечивают защиту персонала от поражения остаточным напряжением, которое должно быть не выше безопасного, и защиту КУ от повреждений при повторном включении их в сеть. Ориентировочно R_P может быть определено по формуле

(4.66)

При этом потери в разрядном сопротивлении не должны превышать 1 Вт/кВАр, а время разряда конденсатора до безопасного напряжения не должно быть не более одной минуты. Для обеспечения контроля за работой и безопасности персонала на КУ устанавливают приборы контроля, сигнализации и блокировки. Например, при открывании дверец шкафа КУ она должна отключаться от сети, и, наоборот, её нельзя включать под напряжение, пока не будут закрыты дверцы. В шкафу должны быть смонтированы вольтметр и варметр.

Присоединение компенсирующих устройств и распределение их в сети электроснабжения

Рассмотрим этот вопрос на примере конденсаторов как наиболее распространённых средств компенсации.

Обычно эти средства стремятся расположить как можно ближе к потребителям на стороне напряжения от 0,4 до 10 кВ.

Если конденсаторные установки подключены непосредственно к выводам электроприёмников (рисунок 4.27 а), то они уменьшают реактивную нагрузку сети на всём её протяжении и при этом нет затрат на коммутационную аппаратуру. Но степень использования их в этом случае определяется временем включения электроприёмников.

Если конденсаторные установки подключены в других точках сети (рисунок 4.27 б), то, во-первых, они уменьшают реактивную нагрузку на сеть только на определённом участке, во-вторых, возникает потребность в коммутационной аппаратуре для того, чтобы режим работы сети в условиях изменяющегося графика нагрузки был бы наилучший.

Рисунок 4.25 – Схемы включения батарей ёмкостной компенсации (БСК) напряжением до 1000 В: а) под один аппарат с электропотребителями (ЭП); б) под специальный отключающий аппарат

Рисунок 4.26 – Схемы включения батареи ёмкостной компенсации (БСК) напряжением выше 1000 В: а) масляный выключатель (МВ) рассчитан на отключение ТКЗ; применены предохранители индивидуальной защиты конденсаторов и резисторов; подключение КЛ; б) МВ не рассчитан на отключение ТКЗ; применены предохранители индивидуальной защиты конденсаторов и резисторов; подключение КЛ; в) с предохранителями групповой защиты конденсаторов и ТН в качестве разрядного сопротивления; г) с предохранителями индивидуальной защиты и встроенными резисторами, без МВ в шкафу БСК.

Хорошее регулирование подталкивает к дроблению компенсаторных установок, реактивную нагрузку на сеть можно свести до наименьшей, но затраты на коммутирующую аппаратуру могут быть значительными. Кроме того, сосредоточение в одном месте большого количества конденсаторов требует сооружения для них отдельного помещения.

В общем случае вопрос о выборе средств компенсации и их размещения решается технико – экономическими расчётами, главным результатом которых является достижение минимума приведённых затрат на мероприятия компенсации реактивной мощности

Рисунок 4.27 – Принципиальные схемы присоединения конденсаторных батарей: а) непосредственно к электроприёмникам; б) к сети; 1- трёхфазный конденсатор 380 В; 2-однофазные конденсаторы (6-10) кВ со встроенными разрядными сопротивлениями; 3 – предохранители групповой защиты конденсаторов; 4 – выключатель (разъединитель) секции батареи; 5 – выключатель батареи; 6- присоединение других групп конденсаторов секции; 7- присоединение других секций батарей.

(4.67)

где К_рм – капитальные затраты на средства компенсации; е – нормативный коэффициент затрат; С_рм – годовые эксплуатационные расходы на эксплуатацию средств компенсации, учитывающие затраты на текущее обслуживание, ремонт, зарплату персонала, потери электроэнергии и т.д.

Отметим особенность подключения конденсаторных установок к точкам сети 0,4 кВ при магистральной подстанции отходит несколько магистралей, то обычно к каждой из них подключается по одной конденсаторной установке, при этом суммарная мощность установок распределяется по магистралям пропорционально передаваемой по магистралям мощности; если же магистраль одна, то к ней могут быть присоединены две конденсаторные установки (рисунок 4.28).

Рисунок 4.28 – Схема подключения НБК к магистральным шинопроводам; а) одна НБК; б) две НБК

Нормы качества электроэнергии. Проблемы обеспечения качества электроэнергии на современном этапе развития электроэнергии

Электроэнергия, как и любая промышленная продукция, обладает определённым качеством.

Под качеством электроэнергии понимается совокупность свойств, обуславливающая её пригодность для нормальной работы ЭП в соответствии с их назначением при расчётной работоспособности [Приложения Н].

В соответствии с публикацией МЭК 50 (605) качество электроэнергии – это характеристика параметров электрической энергии, оцениваемая по их отклонениям от нормальных значений для данной ЭЭС.

Введение обязательной сертификации электрической энергии направлено на обеспечение безопасности жизни, здоровья потребителей, охрану окружающей среды и предотвращение причинения вреда имуществу потребителей.

Обязательная сертификация электрической энергии производится на соответствие её требованиям, установленным в ГОСТе 13109-97 «Качество электрической энергии. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения», для показателей (ПКЭ); установившееся отклонение напряжения (δU_y); коэффициент искажения синусоидальности напряжения (K_u); коэффициент n-й гармонический составляющей напряжения (K_u(n)); коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности (K_2u); коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности (K_ou); отклонение частоты (∆ƒ).

По вышеперечисленным ПКЭ, а также таким ПКЭ, как размах изменения напряжения (δU_t), доза фликера (P_t), длительность провала напряжения (∆_tn), ГОСТом установлены два вида норм КЭ: нормально допускаемые и предельно допускаемые. Нормы КЭ, установленные ГОСТом 13109-97, являются уровнями электромагнитной совместимости для кондуктивных электромагнитных помех (распространяющихся по элементам электрической сети) в СЭС общего назначения. При соблюдении указанных норм обеспечивается электромагнитная совместимость электрических сетей СЭС общего пользования и ЭС потребителей электрической энергии (приёмников электрической энергии). Указанные нормы КЭ являются обязательными во всех режимах СЭС, кроме режимов, обусловленных форс-мажорными обстоятельствами (землетрясение, наводнение, ураган и др.). Нормы КЭ приведены в таблицах 4.2, 4.3 и 4.4.

Нормально допускаемые и предельно допускаемые значения установившегося отклонения напряжения δU_y (рисунок 4.29) на выводах приёмников электрической энергии равны, соответственно, ±5 %, ±10 % от номинального напряжения электрической сети.

Колебание напряжения характеризуется показателями:

- размах изменения напряжения δU_t;

_- доза фликера P_t.

Фликер – субъективное восприятие человеком колебаний светового потока искусственных источников освещения, вызванных колебаниями напряжения в электрической сети, питающей эти источники.

Доза фликера – мера восприимчивости человека к воздействию фликера за установленный промежуток времени. Нормы по допустимым дозам фликера приведены в таблице 4.2.

Предельно допустимые значения размаха изменения напряжения δU_t в точках общего присоединения к электрическим сетям при колебаниях напряжения, огибающая которых имеет форму меандра (рисунок 4.30) в зависимости от частоты повторения изменения напряжения F_δut или интервала между изменениями напряжениями ∆_ti,i+1 равны значениям, определяемым по кривой 1 рисунка 4.31 для потребителей энергии, располагающих лампами накаливания в помещениях, где требуется значительное зрительное напряжение – равны значениям, определяемым по кривой 2 рисунка 4.31. Перечень помещений с разрядами работ, требующих значительного зрительного напряжения, устанавливают в нормативных документах, утверждённых в установленном порядке.

Если интервал времени между окончанием одного изменения и началом следующего, происходящего в том же направлении, менее 30 мс, то эти изменения рассматривают как одно.

Таблица 4.2 – Показатели и нормы качества электроэнергии

Показатель КЭ, обозначение, единица измерения	Нормы	КЭ	Интервалы чередования результатов измерений ПКЭ, с
	Нормально допускаемые	Предельно допускаемые
Установившееся отклонение напряжения, δUy, %	±5	±10	60
Коэффициент несимметрии напряжения по обратной последоватльности, K2u, %	2	4	3
Коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последоватльности, Kou, %	2	4	3
Продолжение таблицы 4.2
Отклонение частоты, ∆ƒ, Гц	±0,2	±0,4	20
Доза фликера - кратковременная, Pst, отн. ед. - длительная, Ph, отн. ед.	- -	1,38 : 1,0 1,0 : 0,74	- -
Длительность провала напряжения, ∆tn, С	-	30	-

Предельное допускаемое значение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения определяется по формуле

(4.68)

Таблица 4.3 – Коэффициент искажения синусоидальной кривой

Значения коэффициента искажения синусоидальной кривой напряжения, Ku, %								Интервалы усреднения результатов измерений показаний КЭ, с
Нормально допустимые				Предельно допустимые
Uном, Кв				Uном, Кв
0,38	6-20	35	110-330	0,38	6-20	35	110-330
8,0	5,0	4,0	2,0	12,0	8,0	6,0	3,0

Таблица 4.4 – Нормы качества электроэнергии

Коэффициент n-ой гармонической составляющей, %
Нечетные гармоники, не кратные 3					Нечетные гармоники, кратные 3*					Чётные гармоники
Uном, Кв					Uном, Кв					Uном, Кв
n	0,38	6-20	35	110-330	n	0,38	6-20	35	110-330	n	0,38	6-20	35	110-330
5	6,0	4,0	3,0	1,0	3	5,0	3,0	3,0	1,5	2	2,0	1,5	1,0	0,5
7	5,0	3,0	2,5	1,0	9	1,5	1,0	1,0	0,4	4	1,0	0,7	0,5	0,3
11	3,5	2,0	2,0	1,0	15	0,3	0,3	0,3	0,2	6	0,5	0,3	0,3	0,2
13	3,0	2,0	1,5	0,7	21	0,2	0,2	0,2	0,2	8	0,5	0,5	0,3	0,2
17	2,0	1,5	1,0	0,5	>21	0,2	0,2	0,2	0,2	10	0,5	0,3	0,3	0,2
19	1,5	1,0	1,0	0,4						12	0,2	0,2	0,2	0,2
23	1,5	1,0	1,0	0,4						>12	0,2	0,2	0,2	0,2
25	1,5	1,0	1,0	0,4
>25	0,2+ 1,3х 25/n	0,2+ 0,8х 25/n	0,2+ 0,8х 25/n	0,2+ 0,2х 25/n

*) Нормально допускаемые значения, приведённые для n, равных 3 и 9, относятся к однофазным электрическим сетям. В трёхфазных электрических сетях эти значения принимают вдвое меньшими приведённых в таблице.

Свойства электрической энергии, показатели и наиболее вероятные виновники ухудшения КЭ приведены в таблице 4.5.

Рисунок 4.29 – Отклонение напряжения, колебания напряжения, перенапряжения, провалы напряжения

Рисунок 4.30 – Колебания напряжения произвольной формы и имеющие форму мендра

Таблица 4.5 – Основные свойства электроэнергии.

Свойства электричекой энергии	Показатели КЭ	Наиболее вероятные виновники ухудшения КЭ
1 Отклонение напряжения (рисунок 4.29)	Установившееся отклонение напряжения	Энергоснабжающая организация
2 Колебания напряжения (рисунок 4.29)	Размах изменения напряжения . Доза фликера	Потребитель с переменной нагрузкой
3 Несинусоидальность напряжения	Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения . Коэффициент n-ой гармоники	Потребитель с переменной нагрузкой
4 Несимметрия трёхфазной системы напряжений	Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности . Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности	Потребитель с несимметричной нагрузкой
Продолжение таблицы 4.5
5 Отклонение частоты	Отклонение частоты	Энергоснабжающая организация
6 Провал напряжения (рисунок 4.29)	Длительность провала напряжения	Энергоснабжающая организация
7 Временное перенапряжение (рисунок 4.29)	Коэффициент временного перенапряжения	Энергоснабжающая организация

В СЭС многих предприятий установленные нормы качества электроэнергии не соблюдаются, что приводит к значительным экономическим убыткам и социальным издержкам. Основные причины такого положения:

- отстаивание во многих АО-Энерго роста генерирующих мощностей и развития электрических сетей от роста электрических нагрузок;

- не налажена комплексная поставка технологического оборудования, возмущающего режим электрической сети, с устройствами, компенсирующими эти возмущения;

- отстаивание электротехнической промышленности в выпуске достаточного количества и номенклатуры технических средств по контролю и автоматическому регулированию напряжения.

Устранение последнего недостатка является особо актуальным в связи со специфическими свойствами электроэнергии как товарной продукции; её нельзя складировать, процесс выработки, передачи и потребления идёт непрерывно и одновременно. Так как нельзя вернуть обратно поставщику некачественную продукцию, то необходимо обеспечить непрерывный контроль и автоматическое регулирование качества электроэнергии на всех уровнях иерархии электроэнергетической системы. А последнее возможно только при непрерывном мониторинге за качеством электроэнергии и применения современных технических средств, в частности микропроцессорной техники. В настоящее время некоторыми фирмами, в том числе АВВ, выпускаются счётчики электрической энергии, одновременно регистрирующие показатели качества электроэнергии.