компенсация реактивной мощности

[samsony1]

компенсация реактивной мощности

1. Коррекция коэффициента мощности и фильтрация гармоник в электроустановках (ABB)
подробнее - здесь 

2. Техническая коллекция Schneider Electriс
    Выпуск № 21 Руководство по компенсации реактивной мощности с учетом влияния гармоник
подробнее - здесь 

3. Техническое руководство (Legrand)
подробнее - здесь 
подробнее - здесь 

[samsony1]

В настоящее время используются коммутируемые конденсаторные установки для поперечной компенсации реактивной мощности и конденсаторные установки с непрерывным управлением. Емкостная мощность линий передачи или кабельной сети частично компенсируется параллельным шунтом из подключенных к линии реакторов, индуктивные нагрузки компенсируются шунтирующими конденсаторами. Линейные реакторы постоянно подключены к линиям передачи, чтобы обеспечить постоянную компенсацию в широком рабочем диапазоне. Шунтирующие конденсаторы обычно разделены на ступени для компенсации промежуточных нагрузок. Непрерывное управление реактивной мощностью ранее было возможно только с помощью регулирования возбуждения генераторов или специальных синхронных конденсаторных установок. Первые устройства статической компенсации строились на основе насыщенных реакторов, следующими были тиристорные установки. Основой последних устройств компенсации реактивной мощности стали преобразователи напряжения, использующие сначала запираемые тиристоры (GTO), а сейчас биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT).

A. Синхронные компенсаторы
Поведение синхронного компенсатора определяется влиянием МДС возбуждения на реактивную мощность. В некоторых случаях с целью экономии средств для управления реактивной мощностью используются старые генераторы, демонтированные с турбин. Вновь изготовленные синхронные компенсаторы использовались в конкретных местах системы для улучшения профиля напряжения и увеличения мощности короткого замыкания особенно в точке подключения высоковольтных вставок постоянного тока. Время отклика машин было улучшено с внедрением систем возбуждения с управлением с помощью тиристоров. На рис. 2 показана схема подключения синхронного компенсатора к системе высокого напряжения.


На рис. 3 показана вольт-амперная рабочая характеристика. Наклон характеристики зависит от реактивного сопротивления двигателя и его сетевого трансформатора. Изменение опорного напряжения приводит к работе синхронного компенсатора в перевозбуждённом или недовозбуждённом режиме, то есть он отдаёт (как ёмкость) или поглощает (как индуктивность) реактивную мощность. Он реагирует сам, то есть без управляющего воздействия, и обеспечивает поддержание напряжения вне рабочей характеристики в установившемся режиме в условиях переходного процесса.


B. Статические компенсаторы на основе насыщающихся реакторов
Эти первые статические компенсаторы строились из статических (неподвижных) компонентов, то есть конденсаторов и реакторов. Реакторы работали в области насыщения, ограничивая при этом изменения напряжения.
На рис. 4 показано устройство такого компенсатора и его рабочие характеристики.


Насыщающийся реактор (SR) обычно выполняется на 9-стержневом стальном магнитопроводе для нейтрализации гармоники третьего порядка. Наклон характеристики SR уменьшается благодаря конденсатору Cs, подключенному последовательно. Параллельно им подключен шунтирующий конденсатор Cp, который обеспечивает емкостной характер устройства. В правой части рис. 4 показана характеристика каждого компонента (SR, Cs и Cp), суммарная характеристика SR и Cs (SR+Cs) и окончательная характеристика SR+Cs+Cp после параллельного подключения Cp. Насыщающиеся статические компенсаторы по существу реагируют на изменения напряжения системы. Регулировка опорного напряжения производится при помощи переключателя ответвлений сетевого трансформатора. Демпфирующие фильтры подключаются параллельно конденсатору Cs для устранения возможности феррорезонанса совместно с защитой от перенапряжения конденсатора. Общий рабочий диапазон может быть установлен ступенчатым переключением шунтирующих конденсаторов. Статический компенсатор нормально работает в условиях симметричного напряжения системы.

C. Статические компенсаторы реактивной мощности
Статические конденсаторные установки составлены из статических компонентов (индуктивностей и емкостей), с быстродействующим управлением с помощью полупроводниковых устройств (тиристоров). Преимуществами статических компенсаторов по сравнению с синхронными компенсаторами являются более низкие требования к техническому обслуживанию (нет движущихся частей),простое трёхфазное или однофазное управление, другие опциональные возможности управления, а также меньшая стоимость при тех же номинальных параметрах. На рис. 5 показано типовое устройство статического компенсатора.


Необходимая емкостная мощность для системы может быть установлена в емкостных ветвях, которые могут быть фиксировано подключенными к шине низкого напряжения или коммутируемыми с помощью тиристорных вентилей (конденсаторы с тиристорной коммутацией). Фиксированные ветви обычно настраиваются с помощью последовательных реакторов для фильтрации гармоник. Индуктивная мощность устанавливается в одной фазе или комбинациях трёхфазных реакторов, которые плавно регулируются с помощью тиристорных вентилей. Ветви подключены к высоковольтной системе через специальный трансформатор. Трансформатор изменяет напряжение системы до уровня, оптимального для работы тиристора.

Ветви реакторов с тиристорным управлением (TCR)
Ветви реакторов с тиристорным управлением содержат реакторы, которые управляются по углу с помощью тиристорных ключей. Три однофазные ветви соединяются в треугольник для уменьшения генерации гармоник, кратных трём, при симметричной работе.

Ветви конденсаторов с тиристорной коммутацией (TSC)
Ветви конденсаторов с тиристорной коммутацией содержат конденсаторы и токоограничивающие реакторы и коммутируются с помощью тиристорных ключей. Ветви могут соединяться треугольником или звездой. При соединении звездой один ключ становится лишним и может не приниматься во внимание в одной из трёх фаз. При использовании тиристоров с таким же номинальным током, как для TCR, номинал ветви будет соответственно ниже.

источник - здесь

[samsony1]

Расчет УКРМ
Для выбора УКРМ производится подсчет полной суммарной мощности конденсаторных батарей электроустановки, по формуле:
Qc = Px (tg(1)-tg(ф2)).
Где Р – активная мощность электроустановки
Показания (tg(ф1) -tg(ф2)) находятся по данным cos(ф1) и cos(ф2)
Значение cos(ф1) коэффициента мощности до установки УКРМ
Значение cos(ф2) коэффициента мощности после установки УКРМ, задается электроснабжающим предприятием.

Формула мощности приобретает такой вид:
Qc = P x k,
k- табличный коэффициент, соответствующий значениям коэффициента мощности cos(ф2)

Мощность УКРМ определяется конкретно для всех участков электрической сети в зависимости от характера нагрузки и способа компенсации.
Только после проведенного в полной мере анализа показателей, полученных при диагностике данных, появляется возможность выбора регулируемых или нерегулируемых УКРМ.
Обозначается степень дробления мощности по ступеням, время и скорость повторного срабатывания ступеней, выявляется необходимость использования в конденсаторной установке компенсации реактивной мощности для снижения коэффициента несинусоидальности в питающей сети, фильтрации нечетных гармоник, а также отсутствие эффекта резонанса. Это обеспечивает качество электроэнергии.



Таблица - Расчет мощности конденсаторов для УКРМ

Необходимо знать, что нельзя производить полную компенсацию реактивной мощности до единицы, это приводит к перекомпенсации, которая может произойти в результате непостоянного значения активной мощности потребителя, а также в результате случайных факторов. Желательное значение cosф2 от 0,90 до 0,95.

Источник: здесь

[samsony1]

Выбор сечения кабеля для подключения УКРМ (рис. К-34)

мощность УКРМ, квар 220В мощность УКРМ, квар 400В сечение, медь сечение алюминий 5 10 2,5 6 10 20 4 10 16 30 6 16 20 40 10 16 25 50 16 25 30 60 25 35 40 80 35 50 50 100 50 70 60 120 70 95 70 140 95 120 90 180 120 185 100 200 150 240 120 240 185 2х95 150 250 240 2х120 180 250 240 2х120 180 300 2х95 2х150 210 360 2х120 2х185 245 420 2х150 2х240 280 480 2х185 2х300 315 540 2х240 3х185 350 600 2х300 3х240 385 660 3х150 3х240 420 720 3х185 3х300 источник - здесь

[samsony1]

Выбор устройств защиты и управления от ABB

Выбор соединительных кабелей и устройств защиты и управления зависит от токовой нагрузки.
Для конденсаторов ток зависит от следующих параметров:
 -  Приложенное напряжение и его гармоники
 -  Величина емкости

Номинальный ток батареи конденсаторов мощности Q (квар) и номинальным напряжением Un (кВ)
определяется по формуле:
In= Q/(Un * 1,73)

Допустимый диапазон приложенного напряжения основной частоты плюс гармонические составляющие вместе с производственными допусками на фактическую емкость (для
гарантированного номинального значения) может приводить к повышению до 50% выше расчетного значения тока.
Прибл. 30% такого повышения вызвано повышениями напряжения, а 15%
производственными допусками, так что
1,3 x 1,15 = 1,5 In

Все компоненты, проводящие ток конденсатора, должны быть рассчитаны на «наихудший режим» работы при температуре окружающей среды 50 С (максимум).
При более высоких температурах (выше 50 С) в корпусах и т.д., необходимо учесть уменьшение проводимости этих компонентов.

Защита
Выключатель выбирается так, чтобы обеспечить отключение с большой выдержкой времени при уставках по току равных:
 -  1,36 x In для стандартного типа
 -  1,50 x In для типа H
 -  1,12 x In для типа SAH (настройка на 2,7 f)
 -  1,19 x In для типа SAH (настройка на 3,8 f)
 -  1,31 x In для типа SAH (настройка на 4,3 f)

Низкая уставка по времени (защита от короткого замыкания) должна быть нечувствительна к броску тока. Уставка составляет 10 x In для стандартного типа, типа H и типа SAH.

источник - здесь 

[samsony1]

калькулятор расчета УКРМ

калькулятор расчёта - здесь

[samsony1]

Новые направления разработки технических средств компенсации реактивной мощности

Ключевые требования к техническим средствам компенсации реактивной мощности (на фундаментальной частоте) — оперативность отклика на управляющие сигналы программно-аппаратного комплекса АСУ и максимально возможная плавность регулирования генерации реактивной энергии.

Применение бесконтактных полупроводниковых вентилей (тиристорных ключей) позволяет повысить скорость отклика до одной коммутации в период промышленной частоты без бросков тока и перенапряжений, что перекрывает текущие требования ПАО «Россети» к оперативности реакции на управляющие сигналы и уровню искажений параметров качества электроэнергии в цифровых сетях. Вместе с тем, de facto, в тиристорных УКРМТ частота коммутации ступеней ограничивается скоростью разряда конденсаторной батареи или конденсатора, модуля, выступающего в роли ступени, причем тем сильнее, чем больше их емкость (и, соответственно, мощность).

С другой стороны, УКРМТ с 2-мя ступенями имеет 3 варианта генерации мощности (1;2;1:2), с тремя — 7 вариантов (1;1:2;1:3;2;2:3;3;1:2:3), с 4-мя уже 15 — 1;2;3;4;1:2;1:3;1:4;2:3;2:4;3:4;1:2:3;1:2:4;1:3:4;2:3:4;1:2:3:4) и т. д. То есть при правильном проектировании «наборки» конденсаторов (или блоков, модулей, батарей) и оптимизации зоны нечувствительности, можно обеспечить почти плавное дискретное регулирование генерации реактивной мощности.

Безусловно, «дробление» мощности и переход на условно «бесступенчатую» генерацию реактивной энергии ведет к применению большего числа конденсаторов, а значит и укрупнению сборок (с учетом нормированных зазоров между элементами для эффективного теплоотвода). Вместе с тем использование принудительного охлаждения в шкафах дает возможность более компактно размещать конденсаторы, а многовариантность генерации УКРМТ при управлении контроллером с современным программным обеспечением позволит обеспечить эффективную компенсацию реактивной мощности практически (условно) без рисков пере- или недокомпенсации.

Источник: Завод конденсаторных установок «МИРКОН» - здесь

[samsony1]

расчет УКРМ - здесь

[samsony1]

см. так же - здесь
см. так же - здесь