При соединении конденсаторов треугольником мощность батареи

Q_С = 3U² С = 9U²_Ф С.

Таким образом, при соединении конденсаторов треуголь- ником мощность батареи оказывается в 3 раза больше. При напряжении до 1 кВ конденсаторы обычно включают треугольником. В энергосистемах БК на напряжение 6 кВ и выше соединение выполняется только по схеме звезды с изолированной или глухо заземленной нейтралью в зави- симости от режима нейтрали сети, в которой устанавлива- ются БК.

В конденсаторах, применяемых в компенсирующих уст- ройствах, в качестве диэлектрика используется бумага, про- питанная минеральным маслом или синтетической жидко- стью. Известны разработки конденсаторов повышенной мощности с диэлектриком из синтетической пленки, имею- щих малые габариты.

Батареи конденсаторов бывают регулируемые (управ- ляемые) и нерегулируемые. В нерегулируемых число кон- денсаторов неизменно, а величина реактивной мощности зависит только от квадрата напряжения. Суммарная мощ- ность нерегулируемых батарей конденсаторов не должна превышать наименьшей реактивной нагрузки сети.

В регулируемых батареях конденсаторов в зависимости от режима автоматически или вручную изменяется число включенных конденсаторов. Выпускаются регулируемые комплектные батареи конденсаторов на напряжения 0,38; 6; 10 кВ, снабженные пускорегулирующим устройством, необходимым для автоматического изменения мощности батареи (контакторами или выключателями).

На практике изменение мощности, вырабатываемой ба- тареей в нормальных эксплуатационных условиях, дости- гается включением или отключением части конденсаторов, составляющих батарею, т. е. путем ступенчатого регулиро-

Рис. 4.11. Включение батарей конденсаторов:

а — под отдельный выключатель; б — под выключатель нагрузки потребителя (ВН)

вания. Одноступенчатое регулирование заключается в от­- ключении или включении всех конденсаторов батареи, мно- гоступенчатое – в отключении или включении отдельных секций батареи, снабженных контакторами или выключа­- телями.

При отключении конденсаторов необходима их автома- тическая (без участия дежурного персонала) разрядка на активное сопротивление, присоединенное к батарее. Вели- чина его должна быть такой, чтобы при отключении не возникло перенапряжений на зажимах конденсаторов. В качестве разрядного сопротивления для конденсаторных установок напряжением 6—10 кВ используется активное сопротивление трансформаторов напряжения (ТV). Для БК до 1 кВ применяют специальные разрядные сопротив- ления (R_P.C на рис. 4.10). Защита конденсаторов осущест- вляется плавкими предохранителями, включаемыми по одному в цепь каждого конденсатора. Кроме того, батарея в целом защищается с помощью предохранителей или вы- ключателей в цепи батареи (рис. 4.11).

Продольная компенсация для уменьшения реактивного сопротивления линии иллюстрируется рис. 4.12.

В нормальном режиме через УПК течет ток I_НОРМ. При этом напряжение на УПК равно

U_К.НОРМ = I_НОРМ x_K  (520 %) U_НОМ.C

где U_НОМ.C – номинальное напряжение сети.

При коротком замыкании через батарею конденсаторов течет большой ток короткого замыкания и U_К сильно воз- растает. Необходима защита УПК от перенапряжений. Кроме того, УПК должна быть изолирована от земли на полное номинальное напряжение линии. Батареи конденса- торов в УПК, например воздушной линии 6 кВ, монтиру- ются на опоре линии.

В сетях систем электроснабжения промышленных пред- приятий возможны следующие виды компенсации с помо- щью БК: а) индивидуальная — с размещением конденса- торов непосредственно у токоприемника; б) групповая — с размещением конденсаторов у силовых шкафов и шинопроводов в цехах; в) централизованная — с подклю- чением батареи на шины 0,38 и 6—10 кВ подстанции. Во избежание существенного возрастания затрат на отключа- ющую аппаратуру мощность батарей конденсаторов долж- на быть не менее 400 квар при присоединении конденсато- ров через отдельный выключатель и не менее 100 квар при присоединении конденсаторов через общий выключатель к силовым трансформаторам, асинхронным двигателям и другим электроприемникам.

Основные технико-экономические преимущества кон- денсаторов в сравнении с другими компенсирующими уст- ройствами состоят в следующем: а) возможность примене- ния как на низком, так и на высоком напряжении; б) ма- лые потери активной мощности (0,0025—0,005 кВт/квар). Недостатки конденсаторов с точки зрения регулирования режима: а) зависимость генерируемой ими реактивной мощности от напряжения; б) невозможность потребления реактивной мощности; в) ступенчатое регулирование вы- работки реактивной мощности и невозможность ее плавно- го изменения; г) чувствительность к искажениям формы кривой питающего напряжения.

Удельная стоимость (за 1 квар) БК совместно с пуско- регулирующей аппаратурой в настоящее время наимень­- шая по сравнению со стоимостью других компенсирующих устройств.

Конденсаторные батареи также имеют ряд эксплуата- ционных преимуществ: простота эксплуатации (ввиду от- сутствия вращающихся и трущихся частей); простота про- изводства монтажа (малая масса, отсутствие фундамента); возможность использования для установки конденсаторов любого сухого помещения. Среди эксплуатационных недо- статков БК следует отметить малый срок службы (8—10 лет) и недостаточную электрическую прочность (особенно при коротких замыканиях и напряжениях выше номиналь- ного).

Синхронные компенсаторы (СК). Как следует из ана- лиза режима синхронной машины в § 4.8, увеличить выра- батываемую реактивную мощность можно за счет умень- шения активной. Синхронный компенсатор - это синхрон- ный двигатель, работающий в режиме холостого хода без нагрузки на валу. Потребляемая им активная мощность Р0 (если пренебречь потерями холостого хода), и СК загружен только реактивным током. По сравнению с обыч- ным синхронным двигателем СК изготовляются с облегчен- ным валом, они имеют меньшие размеры и массу.

Схема замещения СК и отвечающая ей векторная диа- грамма показаны на рис. 4.13, где E_q – обратная ЭДС компенсатора, U_C — напряжение сети в точке его подклю- чения. Напряжение U_C в соответствии с (2.41) равно сум- ме E_q , и падения напряжения в x_d. Векторная диаграмма в режиме перевозбуждения (рис. 4.13, б) совпадает с век- торной диаграммой синхронного двигателя при перевоз- буждении на рис. 4.13, б с той разницей, что ток СК I_CK – емкостный и его обратная ЭДС E_q совпадает по направле- нию с U_C. Комплексы тока и мощности синхронного ком­- пенсатора определяются выражениями (2.42), (2,43). Мо- дуль тока равен

Рис. 4.13. Схемы замещения и векторная диаграмма напряжений син- хронного компенсатора:

а — схема замещения; б, в – режимы перевозбуждения и недовозбуждения

а поскольку P_C.K=0, его реактивная мощность

(4.14)

Из выражения (4.14) видно, что значение и знак реак- тивной мощности СК зависят от соотношения между E_q и напряжением сети U_C ; ЭДС E_q определяется значением тока возбуждения, причем росту тока возбуждения соот- ветствует увеличение E_q . При токе возбуждения, при кото- ром E_q = U_C , реактивная мощность СК U_C.K=0. При пере- возбуждении E_q,>U_C СК генерирует в сеть реактивную мощность, причем I_C.K опережает напряжение U_C.K на 90° (рис. 4.13, б).

Уменьшая ток возбуждения, можно получить режим не- довозбуждения, тогда E_q,<U_C и I_C.K отстает на 90° от на- пряжения U_C (рис. 4.13, в). В этом режиме в соответствии с (4.14) СК потребляет реактивную мощность, получая ее из сети. Номинальная мощность синхронного компенсато- ра Q_C.K.НОМ указывается для режима перевозбуждения. По конструктивным особенностям в режиме недовозбужде- ния Q_C.K.=0,5Q_C.K.НОМ.

Положительными свойствами СК как источников реак- тивной мощности являются: а) возможность увеличения генерируемой мощности при понижении напряжения в сети вследствие регулирования тока возбуждения; б) возмож- ность плавного и автоматического регулирования генери- руемой реактивной мощности.

Ш

Рис. 4.14. Схема заме- щения реактора вклю- чённого в линию

Рис. 4.15. Принципиальная схе- ма ИРМ с последовательным соединением управляемого ре- актора x_L и нерегулируемой БК x_С:

УУ — устройство управления

унтирующие реакторы можно применять для регули- рования реактивной мощности и напряжения. Реактор - это статическое электромагнитное устройство, предназна- ченное для использования его индуктивности в электричес- кой цепи. Активное сопротивление реактора очень мало. Шунтирующие реакторы рассчитаны на напряжения 35 - 750 кВ и могут как присоединяться к линии (рис. 4.14),

Рис. 4.16. Принципиальная схе- ма ИРМ с параллельным сое- динением управляемого реакто- ра x_L и нерегулируемой БК x_С

так и включаться на шины подстанции. Реактор потребля­- ет реактивную мощность, которая в зоне линейности его электромагнитной характеристики зависит от квадрата на- пряжения U:

Q_P = b_P U² , (4.15)

где b_P – индуктивная проводимость реактора.

Используются нерегулируемые и регулируемые шунти- рующие реакторы. С точки зрения регулирования нерегу- лируемый реактор характеризуется лишь двумя дискретны- ми состояниями: «включено» - при этом потребляется но- минальная реактивная мощность Q_P.НОМ или близкая к ней, «отключено»—при этом Q_P=0. При допустимых отклоне- ниях напряжения на шинах высшего напряжения подстан- ций, к которым подключаются шунтирующие реакторы, потребляемая реактивная мощность Q_P изменяется в пре- делах (0,81,1) Q_P.НОМ.

Регулируемые или управляемые реакторы изменяют потребляемую реактивную мощность по сигналам управле- ния, что более эффективно для регулирования напряжения и реактивной мощности. Управление реактором осущест- вляется в результате целенаправленного изменения его па- раметров с помощью подмагничивания. Такое подмагничи- вание возможно для управления только реактором, имею- щим магнитопровод из ферромагнитного материала.

Возможно несколько видов подмагничивания. Диапа- зон регулирования Q_P регулируемого реактора определяет- ся его конструкцией и зависит от напряжения. Реакторы с подмагничиванием используются в фильтрах высших гармоник, а также являются эффективным средством огра- ничения колебаний напряжения в электрических сетях (см. гл. 5). В настоящее время реакторы с подмагничиванием и соответствующие регуляторы для автоматического регу- лирования режимов их работы находятся в стадии разра- боток и опытно-промышленной эксплуатации [13].

Кроме шунтирующих реакторов в электроэнергетичес- ких системах применяются заземляющие реакторы для компенсации емкостных токов на землю и токоограничи- вающие реакторы для ограничения тока КЗ.

Статические источники реактивной мощности (ИРМ) предназначены для плавной (регулируемой) генерации или потребления реактивной мощности, что достигается в ИРМ использованием нерегулируемой батареи конденсаторов и включенного последовательно или параллельно с ней ре- гулируемого реактора (рис. 4.15, 4.16). Плавность регули- рования реактивной мощности ИРМ достигается с помощью регулируемого тиристорного блока, входящего в устройст- во управления. Схемы ИРМ весьма разнообразны и позво- ляют вырабатывать или потреблять реактивную мощность в зависимости от режима и вида схемы [13].

Наибольший интерес с точки зрения регулирования на- пряжения и реактивной мощности представляют статичес- кие ИРМ с параллельным соединением БК и управляемых реакторов. Схема такой установки приведена на рис. 4.16. Управление мощностью реакторов осуществляется либо с помощью встречно-параллельно соединенных управляе- мых тиристорных преобразователей, либо путем изменения подмагничивания реактора.

Стоимость статических ИРМ имеет тенденцию к сниже- нию с увеличением мощности устройства. Есть основания считать, что совершенствование тиристоров, составляющих значительную часть стоимости ИРМ, в ближайшее время приведет к улучшению их технико-экономических показа- телей. При этом применение статических ИРМ может ока- заться более целесообразным, чем установка синхронных компенсаторов [13].

Применение ИРМ впервые было предложено советски- ми учеными. В настоящее время работы по их созданию и внедрению широко ведутся у нас в стране и за рубежом.