1.3. Устройства компенсации реактивной мощности

При регулировании РМ на стороне напряжением выше 1000 В встречаются значительно большие трудности, чем при регулировании низковольтных конденсаторов, поскольку при автоматизации процесса включения и отключения конденсаторов возникает необходимость в достаточно сложных и дорогостоящих переключающих аппаратах. В связи с острой необходимостью автоматического регулирования РМ в высоковольтных сетях используется автоматически управляемое устройство АРКОН, предназначенное для работы совместно с комплектными конденсаторными установками или с отдельными конденсаторными батареями как в электросетях 6 – 10 кВ, так и в сетях до 1000 В. Обычно регулятором АРКОН комплектуются установки напряжением 380 В.

Устройство АРКОН осуществляет автоматическое регулирование по напряжению с коррекцией с коррекцией или без коррекции реактивным (активным) током и по реактивному току и предназначено для работы при температуре окружающего воздуха от – 40 до + 40^С, относительной влажности воздуха до 80% при 20^С. Пределы регулирования установки отключения составляют 90 – 120% номинального напряжения, а пределы регулирования установки включения 94 – 99,5% напряжения установки на отключение [1]. Установка форсировки регулируется в пределах 70 – 90% напряжения установки на отключение.

На рисунке 1.3.1. показана структурная схема устройства АРКОН. Из рисунка видно, что устройство состоит из двух частей: командного и управляемого им программного блока. Командный блок в зависимости от величины входного сигнала выдаёт программному блоку команды включения и отключения.

Программный блок осуществляет последовательное включение или отключение отдельных секций БК и представляет собой набор идентичных приставок, число которых равно числу подключаемых секций БК. Максимальное число ступеней регулирования устройства равно 15. Регулирование – программное, по единичному или двоичному коду.

При регулировании по единичному коду соотношение мощностей секций БК выбирается равным 1:1:1, а по двоичному коду 1:2:4. По единичному коду каждая приставка управляет одним аппаратом, а по двоичному – один аппарат включает и отключает несколько секций, что требует применения более мощных контакторов, а также больших затрат на цветной металл из-за увеличения сечения питающих магистралей.

На рисунке 1.3.2. представлена структурная схема из трёх приставок, включённых по единичному коду 1:1:1. При единичном коде можно подключить все 15 приставок, в то время как при двоичном – 4 приставки. Устройство наряду с нормальным включением секций обеспечивает и форсированное их включение при снижении напряжения ниже заданного уровня.

Принцип работы структурной схемы (рисунок 1.3.2.) заключается в следующем. В исходном состоянии левые части триггеров Тг1, Тг2 и Тг3 открыты, а правые – закрыты. Команда «Включение» поступает с командного блока или от кнопки ручного управления на один из входов логических элементов И1, И2 и И3 каждой приставки. На другой вход логического элемента поступает сигнал запрета с триггера предыдущей приставки. Первый импульс команды «Включение» поступает только на триггер Тг1 первой приставки, переключая его. Триггер выдаёт команду на включение секции БК, а также даёт разрешение на логический элемент И2 второй приставки. Второй импульс команды «Включение» оставляет без изменения триггер первой приставки и переключает триггер Тг2 второй приставки, который даёт команду на включение второй секции БК, а также выдаёт разрешение на логический элемент И3 третьей приставки. Третий импульс переключает триггер Тг3 третьей приставки, в результате чего включается третья секция БК.

Отключение секций БК происходит при поступлении с командного блока или кнопки ручного управления сигналов «Отключение». Работа устройства будет происходить аналогично команде «Включение», но в обратном порядке. Сначала переключается триггер третьей приставки, который дает разрешение на логический элемент И’2 второй приставки и отключает третью секцию БК. Вторым импульсом «Отключение» переключается триггер второй приставки, который даёт разрешение на элемент И’1 первой приставки и отключает вторую секцию БК. Третьим импульсом «Отключение» переключается триггер первой приставки, который отключает первую секцию БК.

Автоматическое регулирование секциями БК с помощью устройства АРКОН в значительной мере зависит от связи между напряжением и нагрузкой. При выборе установок необходимо пользоваться диаграммой работы АРКОН, отражающей зависимость напряжения на измерительном органе устройства от нагрузки и напряжения сети.

Устройство АРКОН имеет небольшие габаритные размеры и массу: габарит командного блока составляет 290х325х216 мм, приставки – 130х160х210 мм; масса командного блока – 10 кг; приставки – 4 кг.

Помимо устройства АРКОН Рижским заводом «Энергоавтоматика» выпускается устройство ВАКО (выключатель автоматический конденсаторов), который осуществляет автоматическое включение и отключение БК в функции среднего значения полного (или скомпенсированного) тока нагрузки и служит для применения во внутренних электросетях предприятий.

Режим регулирования КУ, оснащённых устройством ВАКО, зависит от графика реактивных нагрузок электроприёмников, степени их загрузки и величины РМ до компенсации (необходимо знать значения cos  или tg до компенсации). Эти данные позволяют выбирать установки включения и отключения регулятора для обеспечения оптимального режима регулирования БК.

Устройство ВАКО обеспечивает одно- или двухступенчатое регулирование (при помощи двух БК с разными пределами установок регулятора) двумя способами.

Первый способ обеспечивает регулирование по полному току нагрузки, когда по заводской схеме токовый элемент подсоединяется к параллельно соединённым двум трансформаторам тока с одинаковыми коэффициентами трансформации. Данный способ целесообразно использовать при возможности установки двух трансформаторов тока.

Второй способ обеспечивает регулирование по скомпенсированному току нагрузки, когда по заводской схеме токовый элемент подсоединяется к одному трансформатору тока. Данный способ по исполнению более прост, чем предыдущий, но даёт худшее качество регулирования и меньший эффект от компенсации РМ.

Установки включения и отключения устройства ВАКО выбираются независимо друг от друга.

Помимо автоматического регулирования РМ по току нагрузки устройство ВАКО осуществляет аварийный контроль по уровню напряжения и отключает БК (или блокирует её включение) при превышении напряжения сети более чем на 10% сверх номинального значения.

Рассмотренные выше устройства автоматического регулирования РМ обладают рядом недостатков. Так, опыт работы устройства АРКОН показал, что для успешной эксплуатации устройства необходимы квалифицированные специалисты, поскольку оно является сложным в настройке. АРКОН настраивается под конкретную электрическую сеть. Из - за плохой настройки устройства снижается качество регулирования. Монтаж регулятора АРКОН очень трудоёмкий. Другие устройства компенсации реактивной мощности в том числе ВАКО вообще не выдерживают критики.

Прежде чем приступить к разработке автоматического устройства, лишённого перечисленных выше недостатков, необходимо определить основные положения проектирования микропроцессорных систем .