Міністерство освіти і науки України
Національний університет "Львівська політехніка"
Силові конденсатори та конденсаторні установки
Методичні настанови до лабораторної роботи» №3
з дисциплін: "Експлуатаційні режими електропостачальних систем ІІ"
Затверджено на засіданні кафедри електропостачання
промислових підприємств, міст та сільського господарства
Протокол N ___ від "___"__________ 2012р.
Львів 2012р.
СИЛОВІ КОНДЕНСАТОРИ ТА КОНДЕНСАТОРНІ УСТАНОВКИ. Методичні настанови до лабораторної роботи №3 з дисциплін "Експлуатаційні режими електропостачальних систем ІІ" для студентів базового напрямку 6.0903 «Електротехніка та елетротехнолігії» та електропостачання" для студентів базового напрямку 6.0922 "Електромеханіка"/ Уклад. Б.К.Хохулін, В.М.Амброз, М.М.Молнар — Львів: НУ “Львівська політехніка”, 2007. — 11с.
Відповідальний за випуск: А.А. Маліновський, д.т.н., проф.
Рецензенти: Л.О.Никонець, д.т.н., проф.,
М.І.Олійник, к.т.н., доц..
1.Мета роботи
Ознайомлення з конструкціями конденсаторів та конденсаторних установок для компенсації реактивної потужності.
Отримання практичних навиків дослідження конденсаторів та їх параметрів.
Визначення придатності конденсаторів до експлуатації.
2.Загальні відомості
Електроенергетичні системи постачають споживачам як активну, так і реактивну потужність. Найбільшими споживачами реактивної потужності є асинхронні двигуни, особливо, якщо вони працюють у недонавантаженому режимі, перетворювачі, трансформатори тощо.
З всієї споживаної реактивної потужності частину виробляють синхронні генератори електростанцій, а решту необхідної для роботи споживачів реактивної потужності, яку недоцільно або неможливо передавати лініями електропередач генерують власні джерела реактивної потужності споживачів, якими в основному є конденсаторні батареї та синхронні двигуни. Крім них використовують також статичні тиристорні компенсатори та синхронні компенсатори.
В даній лабораторній роботі йдеться про конденсатори та батареї конденсаторів, що призначені для компенсації реактивної потужності.
Конденсатори
В Україні немає виробників конденсаторів, тому використовуються конденсатори виробництва країн СНГ або іноземних фірм, провідними з яких в цій галузі є “Nokia”, “Scheider electric” та багато інших.
Конструкції силових конденсаторів вельми різноманітні.
В експлуатації ще знаходяться конденсаторні установки з конденсаторами, виробленими на радянських заводах за застарілими на сьогодні технологіями з використанням неекологічних матеріалів та старої конструкції. Конденсатор старої конструкції складався зі сталевого бака та виємної частини. Виємна частина конденсатора – це набір розділених між собою стрічкою дієктрика обкладинок, з виводами назовні, які ізольовані від корпусу керамічними ізоляторами. Конденсатор заповнювався рідким діелектриком – мінеральною оливою (конденсатори типу КМ) або соволом (конденсатори типу КС).
Сучасні конденсатори за своєю конструкцією мало відрізняються, але їх виконують екологічно чистими, застосовуючи замість соволу нешкідливі речовини, використовують більш ефективні матеріали ізоляції обкладинок, а іноді й ізоляційний корпус, що створює подвійну ізоляцію і підвищує таким чином безпеку експлуатації. Вони мають значно менші втрати активної потужності.
Рис.1. Конструкція однофазного конденсатора низької напруги “Varplus M
Наприклад, конденсатори типу Varplus M” фірми “Merlin Gerin” концерну Шнайдер Електрик (рис.1), які використовують для комплектації конденсаторних установок НН, обладнані вбудованим запобіжником та розрядним резистором, а також спеціальною діафрагмою для запобігання вибуху конденсатора. Корпус – пластиковий, що забезпечує подвійну ізоляцію та підвищену безпеку експлуатації. Потужність банки – від 5 квар до 60 квар.
(Трифазні конденсатори (приклад Нокиа!))
Конденсатори серії Propivar концерн Шнайдер Електрик випускає:
однофазними банками напругою 3, 6, 7,2, 12, 17,5, 24, та 36 кВ без внутрішніх запобіжників та з ними потужністю від 100 квар до 600 квар з кроком 50 квар; -
трифазними банками напругою 7,2 та 12 кВ потужністю від 100 квар до 500 квар з кроком 50 квар.
Втирати потужності становлять 1,6 Вт/квар для конденсаторів із запобіжниками та 1,2 Вт/квар – без запобіжників.
Рис.2. Конструкція однофазного конденсатора високої напруги фірми “Merlin Gerin” з внутрішніми запобіжниками
Конденсаторні установки
Конденсаторні установки набирають з певної кількості конденсаторів, які, в залежності від робочої напруги та розрахункової реактивної потужності, а для установок високої напруги з’єднують між собою послідовно, паралельно або послідовно-паралельно.
Розміщення конденсаторних установок у мережах повинно забезпечувати таке зниження передаваної потужності S за умов забезпечення споживача реактивною потужністю, щoб створити оптимальні умови як для енергосистеми так і для споживача, тобто забезпечити найекономічніше комплексне вирішення з урахуванням капіталовкладень та експлуатаційних витрат конденсаторних установок та зменшення потужності основного обладнання, зниження втрат напруги, потужності та електроенергії
При цьому можлива компенсація:
Індивідуальна - з розміщенням конденсаторів безпосередньо поряд зі споживачем.
Групова - з розміщенням конденсаторів на розподільних пунктах.
Централізована - з увімкненням конденсаторів на шинах підстанцій.
Схеми та обладнання конденсаторних установок НН
Стосовно мережі НН (рис. 3) ці 3 основні випадки розміщення компенсувальних пристроїв можна трактувати таким чином:
глобальна компенсація на рівні головного щита низької напруги (1);
компенсація парціальна (або секційна) – часто використовується за наявності декількох відділень, режими навантажень яких є суттєво відмінними (2);
компенсація індивідуальна (3), яка застосовується безпосередньо для окремого споживача (двигуна), потужність якого є зночною щодо потужності решти споживачів.
Рис.3. Основні випадки розташування компенсувальних пристроїв в мережі НН
Вибір регульованої або нерегульованої конденсаторної батареї рекомендується здійснювати для випадку глобальної компенсації або для відділень за критерієм співвідношення Qc/Sн: значення 15% є граничним за умовою запобігання перекомпенсації в режимі близькому до неробочого ходу. Отже, якщо Qc/Sн <= 0,15 – рекомендується нерегульована батарея, а у випадках, коли Qc/Sн > 0,15 – слід застосовувати регульовану батарею конденсаторів.
Для індивідуальної компенсації застосовують нерегульовані батареї або просто один трифазний конденсатор.
В залежності від рівня гармонік, який характеризується відношенням повної потужності навантаження, що генерує вищи гармоніки, до потужності трансформатора Gh/Sн в мережі, де заплановано застосувати конденсаторні батареї, наприклад, фірма Merlin Gerin (концерн Шнайдер Електрик) рекомендує різні типи конденсаторних установок (рис. 4). Конденсаторні установки вказаних типів(стандартний , тип Н та тип SAH) фірма Merlin Gerin (MG) випускає на напруги від 230 В до 690 В та широку гаму потужностей (від 7,5 квар до 900 квар).
Рис.4. Вибір конденсаторних установок
(рекомендації фірми Merlin Gerin)
Для комутації конденсаторів використовуються спеціальні контактори, наприклад, фірми “Telemecanique” (типу LC1-DK) з додатковими контактами з витримкою часу на розмикання та випередженням на замикання з послідовно увімкненими з ними резисторами, а для захисту від надструмів – запобіжники або автоматичні вимикачі.
Рис.5. Подвійний блок конденсаторів стандартного типу та типу H
Регульовану конденсаторну установку комплектують блоками, які складаються з комплекту конденсаторів, контактора та запобіжників, зібраних на стандартній пластині (рис.5). Втрати потужності стандартного блоку становлять 2,5 Вт/квар.
Для фільтро-компенсувальних установок застосовують блоки з реакторами (рис.6). Втрати потужності такого блоку становлять 8 Вт/квар.
Рис.6. Блок конденсаторів типу SAH
для фільтро-компенсувальних устаовок
Співвідношення потужностей ступенів конденсаторної батареї може бути 1:1:1, або 1:2:2, 1:2:3, 1:2:4 чи інше. Кількість блоків визначається загальною потужністю БСК, бажаною потужністю ступеню регулювання та значенням стандартної потужності конденсаторів.
Приклад принципової схеми конденсаторної установки з трьома блоками показано на рис. 9.7. Кількість ступенів регулювання може бути значно більшою.
Рис.7.Принципова схема триступеневої конденсаторної установки НН
Приклад конструктивного виконання БСК НН на п’ять ступенів регулювання показано на рис.9.8. Габаритні розміри шафи становлять: ширина – 700 мм, глибина – 600 мм, висота – 2000 мм. Двері та бокові панелі не показані.
Рис.8. Конструкція конденсаторної установки НН стандартного типу чи типу Н (без дверцят та бокових панелей)
Дискретне регулювання забезпечується мікропроцесорним пристроєм, що випускають різні фірми для регулювання конденсаторних батарей з різною кількістю блоків.
Схеми та обладнання конденсаторних установок напругою 6(10 кВ)
Конденсаторні установки середньої напруги (6 або 10 кВ) можуть комплектуватися трифазними або однофазними конденсаторами. Найчастіше різні фірми використовують наступний ряд номінальних потужностей однофазних та трифазних конденсаторів: 50, 100, 150, 200, 250, 300, (320), 350, 400 та до 600 квар незалежно від номінальної напруги (від 2,5 кВ до 40 кВ) з вбудованими запобіжниками або без них. Сучасні конденсатори провідних фірм (наприклад, Nokia, Merlin Gerin) мають зменшені втрати (1,6 Вт/квар із запобіжниками та 1,2 Вт/квар без них), покращену конструкцію з противибуховою діафрагмою та у пластмасовому корпусі. Розглянемо деякі схеми конденсаторних установок на середній напрузі.
На рис.9.9 показано можливі схеми з’єднання секцій конденсаторних установок СН: а) схема секції з трифазними конденсаторами або зі з’єднанням однофазних конденсаторів у трикутник та б) схема зі з’єднанням однофазних конденсаторів у подвійну зірку.
|
|
а)
б)Рис. 9. Схеми з’єднання секцій конденсаторних батарей СН:
а) з’єднання конденсаторів у трикутник; б) з’єднання конденсаторів у подвійну зірку
Для обмеження кидків струму увімкнення застосовують послідовні дроселі (котушки індуктивності) L1, а для розряду конденсаторів після вимкнення – дроселі L2. Конденсаторні установки можуть комплектуватися конденсаторними секціями кількістю до 3-5 трифазних груп конденсаторів. Для регульованої та нерегульованої батареї максимальна встановлена потужність становить до 1800-2400 квар. Комутація груп забезпечується спеціальними елегазовими (фірми Мерлен Жерен) чи вакуумними (фірми АББ) контакторами СН, а захист – запобіжниками.
На рис. 10 показано варіант конструктивного виконання БСК СН за схемою з використанням трьох секцій.
Для БСК, побудованої на основі секцій за схемою подвійної зірки, можуть бути застосовані тільки однофазні банки конденсаторів.
Трансформатор струму між нульовими точками схем з’єднання у зірку конденсаторних батарей КБ1 та КБ2 у схемі за рис. 9 використовують для побудови балансного захисту.
Рис. 10. Варіант конструктивного виконання триступеневої БСК СН.