Подключение компенсационных установок коденсаторных к энергопотребителю производится несколькими способами:

• централизованно;
• посекционно;
• индивидуально.

Компенсация централизованная

Схема подключения конденсаторных установок предусматривает их присоединение непосредственно к шинам трансформаторной подстанции (6-10 кВ). В данном случае от реактивной мощности разгружаются лишь звенья цепи, имеющие высший порядок. Внутризаводские же сети остаются некомпенсированными, так что энергопотери в них не уменьшаются.

Однако, по сравнению с прочими методами подключения КУ, данный метод позволяет значительно уменьшить стоимость 1 кВАр установленной мощности. ПРи этом в конструкции КУ требуется меньше конденсаторов, так как их использование при централизованной схеме подключения более эффективно.

Посекционная компенсация

Схемы подключения конденсаторной установки при ее размещении непосредственно на производственных площадках способствуют снижению энергопотребления потребителями. Подключается КУ к распределительным пунктам производственного участка, либо к шинам 0,38 кВ. при использовании такой схемы распределительные сети, ведущие непосредственно к электрооборудованию, остаются неразгруженными.

Для придания равномерности распределению компенсирующих устройств, КУ подсоединяют к шинам таким образом, чтобы реактивная нагрузка отдельного РП была не менее половины ее мощности.

В результате использования посекционной (или групповой) схемы подключения снижается плата за повышенное потребление реактивной мощности. Появляется возможность уменьшить сечение кабелей, подводящих энергию к расперделительному щиту. Можно оставить сечение без изменений: в таком случае обеспечивается резервная пропускная способность распределительного щита на момент повышения нагрузки.

Компенсация индивидуального характера

Индивидуальная схема предусматривает подключение компесационной установки непосредственно к электроприемнику. Компенсационное устройство в этом случае включается одновременно с электродвигателем оборудования. Благодаря этому, выработка реактивной мощности попадает в режим саморегулирования.

На практике в промышленности применяются комбинация нескольких схем подключения КУ. Место их расположения определяется на основании скрупулезных исследований и обоснований технико-экономического характера. При этом должно учитываться, как меняется величина потерь напряжения в сети и ее режим напряжения.

От того каким способом предполагается осуществлять компенсацию реактивной мощности (РМ) на объекте, зависит схема подключения конденсаторных установок.

Практикуется два варианта:

Индивидуальная компенсация без возможности регулирования.

В данном случае для каждого электроприемника устанавливается собственная конденсаторная установка: схема подразумевает параллельное подключение к потребителю и применяется тогда, когда тот потребляет мощность свыше 20 кВт и работает в непрерывном режиме. Включение и отключение установки и электроприемника осуществляется согласованно.

При этом виде компенсации электрическая схема конденсаторной установки часто проектируется без предохранителей, поскольку защита устройства может осуществляться соответствующими элементами электроприемника.

Характерные для индивидуальной компенсации недостатки:

• время работы установки увязывается со временем работы электроприемника;
• приходится так подбирать емкость конденсаторов, чтобы не был возможен резонанс между установкой и индуктивностью компенсируемого оборудования.

Групповая компенсация без возможности регулирования

При таком типе компенсации схема конденсаторной установки предполагает ее подключение к устройству распределительному, питающему несколько электроприемников. Установка может быть подключена на стороне 20 – 6 кВ или 0,4 кВ. Мощность ее может быть уменьшена — за счет роста коэффициента одновременности включения.

Минусом данной технологии являются раздельное подключение установок-компенсаторов, а также то, что распределительные сети производственных участков не полностью освобождаются от РМ.

Централизованная компенсация с возможностью регулировки

Данная схема установки конденсаторных установок считается оптимальной в условиях значительных колебаний объемов потребляемой реактивной мощности. Предназначенные для этого компенсаторы могут самостоятельно менять собственную мощность, поэтому их называют автоматическими.
Электрическая схема конденсаторной установки предполагает разделение данного устройства на несколько отдельно подключаемых ступеней. Чем меньше мощность каждой из них, тем более плавно может меняться мощность всей установки. Более сложной является и система управления, которой оснащается конкретная конденсаторная установка: схема устройства дополняется регулятором-автоматом, корректирующим мощность в функции реактивного тока нагрузки.

Современные регуляторы собираются на базе микропроцессорной электроники и снабжаются ЖК-дисплеями, на которые выводится полная информация о параметрах и режиме работы сети. Благодаря этому схема конденсаторной установки не нуждается в подключении отдельной измерительной аппаратуры.

Компенсацию «вредной» — реактивной — мощности можно осуществлять с помощью различных устройств, например, синхронных двигателей и синхронных компенсаторов. Но наибольшую популярность получила конденсаторная установка: принцип работы этого устройства обусловил несколько существенных преимуществ.

Вот их перечень:

• Установка легко монтируется и является очень простой в эксплуатации.
• Во время работы конденсаторы не издают никакого шума.
• Принцип работы конденсаторной установки исключает механический износ ее компонентов.

Работа устройства характеризуется малым объемом активных потерь.

Работа конденсаторной установки

Современные установки на конденсаторах оснащаются микропроцессорными контроллерами реактивной мощности, имеющими в большинстве случаев 16-разрядную шину. Это устройство постоянно измеряет мощности — полную и реактивную — в компенсируемой сети.

Принцип работы конденсаторных установок состоит в том, что по данным этих измерений выявляется величина сдвига фаз между основными гармониками напряжения и тока, затем он сопоставляется со значением коэффициента мощности, заданным в настройках. На основании полученных данных контроллер подключает или отключает конденсаторные батареи.

О конденсаторах

Принцип работы конденсаторной установки основан на применении косинусоидальных конденсаторов. Они выпускаются различными производителями, к примеру, компанией Electronicon. Ее конденсаторы производятся по двум технологиям:

• МКР: заполнение конденсаторов данного типа – масло, не содержащее опасных в биологическом отношении компонентов.
• МКРд: согласно данной технологии вместо экологически чистого масла в качестве заполнителя применяется нейтральный газ.

Все конденсаторы этой торговой марки могут применяться в любых установках, предназначенных для компенсации реактивной мощности. Особенностями их устройства являются возможность самовосстановления и наличие датчиков давления.

Некоторая доля потребляемой электрооборудованием мощности – так называемая реактивная мощность (РМ) – не участвует в производстве полезной работы, а выполняет как бы вспомогательную функцию, которая, главным образом, заключается в образовании магнитных полей.

Генерация РМ на электростанции и доставка ее к потребителю по распределительной сети не может считаться рациональным решением, поскольку при этом пришлось бы увеличивать сечение проводов, а также мощность трансформаторов на подстанциях и электрогенераторов. Более эффективный подход – производство РМ прямо у потребителя.

Этот процесс получил название компенсации РМ. Имеющая такое назначение конденсаторная установка, как понятно из названия, собирается из нескольких групп конденсаторов – батарей – и некоторых дополнительных устройств.

Вследствие широкого применения силового электрооборудования в современных сетях формируются значительные гармонические искажения. Это учли инженеры, разрабатывающие конденсаторные установки: назначение этих устройств несколько расширили, дополнив их фильтрами гармоник. Это было необходимо не только для того, чтобы повысить качество электроснабжения, но и с целью избегания весьма нежелательного эффекта – резонанса между установкой и индукцией сети.

Выгоды от применения установок на конденсаторах

   Говоря про назначение конденсаторных установок, следует отметить, что эффект от их работы будет зависеть от способа компенсации. При использовании, к примеру, высоковольтных установок она может быть:

•    Централизованной на границе балансовой принадлежности (ГБП) или на подстанциях 10(6)/0,4 кВ со стороны высшего напряжения.
•    К такому способу компенсации прибегают в том случае, если у потребителя имеются высоковольтные двигатели, а нагрузка в течение всей смены остается относительно стабильной. При этом качество электроснабжения улучшается, а компания получает возможность нарастить производственные мощности.
•    Централизованной на подстанциях 110(35)/10(6) со стороны низшего напряжения при условии, что ГБП проведена по стороне 110(35) кВ. В данном случае назначение конденсаторных установок — уменьшение активных потерь в трансформаторах и силовых кабелях.
•    Групповой на стороне низшего напряжения на подстанциях 110(35)/10(6) кВ при прохождении ГБП по стороне 110(35) кВ. Применяется при наличии нескольких однородных высоковольтных потребителей. При этом также наблюдается уменьшение активных потерь в трансформаторах и питающих линиях.
• Индивидуальной в сети потребителя (которая работает на среднем напряжении). Назначение конденсаторной установки в данном случае – компенсация РМ отдельного устройства. Благодаря этому уменьшаются активные потери во всей распределительной сети потребителя.

При работе некоторых электропотребителей часть потребляемой мощности тратится не на полезную работу, а на создание магнитных полей и преодоление индуктивного сопротивления. Эту часть называют реактивной мощностью (РМ). Похожее явление можно наблюдать, к примеру, при работе ткацкого станка: придавая челноку возвратно поступательное движение, ткач часть энергии тратит на его разгон и останов.

Существует возможность генерировать реактивную мощность не на электростанции, а прямо перед потребителем. Именно для этого применяются конденсаторные установки компенсации реактивной мощности. Такой подход обеспечивает ощутимую выгоду:

• уменьшается мощность генераторов и трансформаторов энергопоставщика;
• увеличивается пропускная способность подводящих кабелей;
• сокращаются активные потери.

Конденсаторная установка компенсации реактивной мощности в качестве основного элемента использует конденсатор. Из-за характерного для современных электросетей явления – гармонических искажений – данное устройство может входить в резонанс с индуктивностью сети. Во избежание этого конденсаторные установки для компенсации реактивной мощности сегодня все чаще оснащаются конденсаторными батареями с фильтрацией, обеспечивающими необходимую рассогласованность с индуктивностью и уменьшение упомянутых искажений.

В сравнении с прочими устройствами компенсации РМ – синхронными компенсаторами и синхронными двигателями — конденсаторные установки компенсации реактивной мощности обладают такими преимуществами:

• для них характерны небольшие активные потери;
• конденсаторные установки для компенсации реактивной мощности не имеют движущихся и вращающихся элементов, которые со временем изнашиваются;
• имеют небольшую стоимость и дешевле обходятся в эксплуатации;
• работают бесшумно.

Кроме того, конденсаторная установка компенсации реактивной мощности относится к устройствам, простым в монтаже и работе.

Конденсаторные установки 10 кВ применяются на конечных электроподстанциях и в энергосетях больших предприятий. Благодаря этим устройствам отпадает необходимость передачи реактивной мощности от генераторов, работающих на электростанциях, потребителям.

При этом поставщик электроэнергии получает возможность:

• подключить большее количество энергопотребителей, не увеличивая пропускную способность сети;
• дополнительных объемов мощности от электростанций или смежных энергосистем также не требуется;
• увеличить долю активной мощности в сети;
• сделать распределительные сети более эффективными как в техническом, так и экономическом отношении;
• добиться уменьшения искажений по току и напряжению до величин, допускаемых стандартами, повысив тем самым устойчивость энергосистем и качество электроэнергии.

Немалую выгоду получает и потребитель, которому установка конденсаторная 10 кВ позволяет:

• не увеличивая объемов полной мощности, поступающей из распределительной сети, увеличивать мощности производственные;
• добиться улучшения качества электроэнергии в пределах собственной сети, повысив тем самым ее эффективность.

Конденсаторные установки 10 кВ компенсируют реактивную мощность на границе между сетями с напряжением — средним и низким — со стороны высшего напряжения (для компенсации РМ со стороны низшего напряжения применяют КРМ/УКРМ 0,4 кВ). При этом от паразитных (или балластных) перетоков реактивной мощности освобождается участок 110 кВ – 10/6 кВ. Такие участки имеются не только в распределительных сетях, но и в сетях предприятий-потребителей с высоковольтным оборудованием. К последнему относятся трансформаторы и электродвигатели сетей теплоснабжения, водоканалов, нефтехимических производств и различных промышленных предприятий.

Важно отметить: если установка конденсаторная 10 кВ подключена на границе балансовой принадлежности либо со стороны высшего напряжения, то активные потери не уменьшаются и выигрывает в первую очередь сетевая организация.

При конструировании установок конденсаторных обязательно следует предусматривать общую защиту от токов КЗ, оговоренную ПУЭ. Ее характеристики определяются типом устройства.

Установки напряжением 0,4 кВ

При рабочем напряжении 380 В релейная защита в конденсаторных установках выполняется с учетом требований селективности и должна обладать минимальным временем отключения. Обычно устанавливают автоматические выключатели с комбинированными расцепителями и предохранители, оснащенные контактором или рубильником. Ввиду того, что каждый конденсатор в таких установках уже содержит встроенный предохранитель, индивидуальная защита не требуется.