Батареи Статических Конденсаторов (БСК)

Источники реактивной мощности это практически все электродвигатели, как большие, так и маленькие (например, вентилятор в компьютерном блоке). Более сложными устройствами-источниками реактивной мощности являются нелинейные элементы — например, полупроводниковые устройства (регуляторы, выпрямители, импульсные блоки питания и др.), которые широко применяются в современных электроустановках потребителей.

В большинстве электроустановок потребителей генерируется значительная индуктивная реактивная мощность. Это относится как к промышленным предприятиям, так и офисным и бытовым центрам нагрузки.

Реактивная мощность не только бесполезно отнимает часть энергии, произведённой генераторами в сети. С ростом индуктивной мощности происходит снижение напряжения на шинах подстанций потребителей электроэнергии. А особенностью современных полупроводниковых регуляторов является то, что со снижением напряжения, они начинают потреблять больший ток. Что в свою очередь приводит к ещё большему росту реактивной мощности. Это может вести к каскадной аварии — так называемой лавины напряжения. Когда снижение напряжения во внешней сети (например, в результате ремонта или аварии) ведёт к взрывному росту реактивной нагрузки у потребителя и к аварийному снижению напряжения в сети.

Поэтому, компенсация реактивной мощности это не только средство повысить эффективность работы оборудования, качество электрической энергии, но и средство обеспечить надёжность электроснабжения.

Поскольку большая часть электроустановок потребителей генерирует индуктивную мощность, её можно компенсировать при помощи специальных конденсаторных установок — батарей статических конденсаторов (БСК). Электрически БСК представляет собой конденсатор, чья мощность примерно равна эквивалентной индуктивной мощности электроустановки потребителя. БСК компенсирует снижение напряжения на шинах и увеличивает коэффициент мощности.

Батарея статических конденсаторов (шунтовая конденсаторная батарея) – электроустановка, состоящая из конденсаторов, вспомогательного электрооборудования и ошиновки, предназначенная для компенсации реактивной мощности и повышения напряжения. БСК устанавливаются в электрических сетях переменного тока напряжением 0,4 – 500 кВ.

Принцип работы и область применения БСК

Несмотря на простоту принципа действия, БСК является технически сложной системой.

Во-первых, потребление и генерация реактивной мощности отличается в разных режимах сети. В некоторых случаях БСК может быть неуправляемой, а в некоторых требуется осуществлять переключения внутри батареи, изменяя её мощность (управляемая БСК).

Во-вторых, в зависимости от режимов работы БСК должна быть рассчитана на разный уровень токов. Поэтому выбор параметров БСК и характеристик её регулирования должен базироваться на исследовании существующей сети и проектной проработке (расчётах).

В третьих, электрическое сопротивление конденсатора уменьшается с ростом частоты тока, поэтому через батарею могут протекать значительные токи высокой частоты. В четвёртых, как было сказано выше, конденсатор накапливает в себе электрический заряд. При возмущениях в сети (коммутациях, коротких замыканиях) конденсатор возвращает эту энергию в сеть, что может приводить к броскам токов и перенапряжениям, которые опасны для электроустановок. Всё это требует включения в состав БСК демпфирующих реакторов, предупреждающих эти явления. Параметры демпфирующих реакторов должны выбираться на основе расчётов переходных режимов сети.

БСК генерируют реактивную мощность, тем самым компенсируя потребление реактивной мощности электродвигателями и активно-индуктивной нагрузкой, а также потери реактивной мощности в индуктивном сопротивлении элементов электрических сетей. В ряде случаев за счёт применения БСК удаётся повысить пропускную способность линий электропередачи и силовых трансформаторов. Снижение полной мощности позволяет пропускать по элементам сети более высокие значения активной мощности без увеличения номинальной мощности трансформаторов и строительства новых линий.

• Повышает уровень напряжения. БСК позволяет повысить напряжение в узле сети за счёт генерации реактивной мощности.
• Снижает потери активной мощности и энергии. При передаче активной мощности по электрическим сетям доля технологических потерь может составлять до 10% и более, БСК позволят снизить данный показатель за счёт снижения полной мощности (тока), определяющей потери.
• В ряде случаев позволяет обеспечить качество электрической энергии.
• Снижает потребление реактивной мощности и энергии.
• Позволяет увеличить пропускную способность электрической сети без увеличения мощности силового оборудования.

Конструкция БСК

Конструктивно БСК состоит из конденсаторных блоков, установленных в оцинкованные кассеты на опорных изоляторах, соединенных между собой для обеспечения требуемой емкости и наибольшего рабочего напряжения. При высоких значениях тока ударного короткого замыкания на шинах подстанции или при установке на подстанции двух и более БСК в состав конденсаторных батарей также входят токоограничивающие (демпфирующие) реакторы.

Конденсаторы открытого типа, которые сейчас наиболее востребованы, размещают в прочных оцинкованных металлических конструкциях с антикоррозионным покрытием, которые устойчивы к различным атмосферным явлениям.

Комплектация БСК определяется классом напряжения и режимом заземления нейтрали сети, а также техническими требованиями.

Компания «КПМ» имеет собственное производство воздушных демпфирующих реакторов, что позволяет снизить затраты и срок поставки БСК. Специалисты компании «КПМ» готовы осуществить полное сопровождение проекта: технические расчеты, производство, комплектацию, монтаж и наладку оборудования.

Многолетний опыт работы строительства объектов электроэнергетики и наличие собственной производственной базы позволяют собирать БСК с учётом индивидуальных технических требований, пожеланий заказчика и условий эксплуатации.

Источник

Статические конденсаторы для компенсации реактивной мощности

Статические конденсаторы получили на промышленных предприятиях наибольшее распространение как средство компенсации реактивной мощности. Основными достоинствами статических конденсаторов для компенсации реактивной мощности являются:

1) незначительные потери активной мощности, лежащие в пределах 0,3-0,45 кВт на 100 квар;

Основными элементами конструкции конденсаторов являются бак с изоляторами и выемная часть, состоящая из батареи секций простейших конденсаторов.

Конденсаторы единой серии напряжением до 1050 В включительно изготавливают со встроенными плавкими предохранителями, последовательно соединенными с каждой секцией. Конденсаторы более высокого напряжения не имеют встроенных плавких предохранителей и требуют отдельной их установки. В этом случае осуществляется групповая зашита конденсаторов плавкими предохранителями. При выполнении групповой защиты в виде плавких предохранителей один предохранитель защищает каждые 5—10 конденсаторов, причем номинальный ток группы не превышает 100 А. Кроме того, устанавливаются общие предохранители для всей батареи.

Для конденсаторов напряжением 1050 В и ниже, имеющих встроенные предохранители, устанавливаются также общие предохранители для батареи в целом, а при значительной мощности батареи — и для отдельных секций.

В зависимости от напряжения сети трехфазные батареи конденсаторов могут комплектоваться из однофазных конденсаторов с последовательным или параллельно — последовательным соединением конденсаторов в каждой фазе батареи.

Присоединение конденсаторных батарей к сети

Батареи конденсаторов любых напряжений могут присоединяться к сети или через отдельный аппарат, предназначенный для включения или отключения только конденсаторов, или через общий аппарат управления с силовым трансформатором, асинхронным двигателем или другим приемником электроэнергии.

Статические конденсаторы в установках напряжением до 1000 В включаются в сеть и отключаются от сети с помощью автоматических выключателей или рубильников.

Конденсаторы, применяемые в установках напряжением выше 1000 В, включаются в сеть и отключаются от сети только посредством выключателей или разъединителей мощности (выключателей нагрузки).

Для того чтобы затраты на отключающую аппаратуру не были очень велики, не рекомендуется принимать мощности конденсаторных батарей менее:

а) 400 квар при напряжении 6-10 кВ и присоединении батарей к отдельному выключателю;

б) 100 квар при напряжении 6-10 кВ и присоединении батареи к общему с силовым трансформатором или другим электроприемником выключателю;

в) 30 квар при напряжении до 1000 В.

Использование разрядных сопротивлений с конденсаторами для компенсации реактивной мощности

Для безопасности обслуживания отключенных конденсаторов при снятии электрического заряда требуется применение разрядных сопротивлений, присоединенных параллельно к конденсаторам. В целях надежного разряда присоединение разрядных сопротивлений к конденсаторам следует производить без промежуточных разъединителей, рубильников или предохранителей. Разрядные сопротивления должны обеспечивать быстрое автоматическое снижение напряжения на зажимах конденсатора.

По желанию заказчика конденсаторы могут изготовляться со встроенными внутрь разрядными сопротивлениями, расположенными под крышкой на изоляционной прокладке. Эти сопротивления снижают напряжение с максимального рабочего до 50 В не более чем за 1 мин для конденсаторов напряжением 660 В и ниже и не более чем за 5 мин для конденсаторов напряжением 1050 В и выше.

Большинство уже установленных на промышленных предприятиях конденсаторов не имеют встроенных разрядных сопротивлений. В таком случае в качестве разрядного сопротивления при напряжении до 1 кВ для батарей конденсаторов обычно применяют лампы накаливания на напряжение 220 В. Соединение ламп, включенных по нескольку штук последовательно в каждой фазе, производится по схеме треугольника. При напряжении выше 1 кВ в качестве разрядного сопротивления устанавливаются трансформаторы напряжения, включаемые по схеме треугольника или открытого треугольника.

Схема включения ламп накаливания для разряда батарей конденсаторов (до 1000 В) с помощью рубильника с двойными ножами

Постоянное присоединение ламп накаливания, применяемых обычно в качестве разрядных сопротивлений для батарей конденсаторов напряжением до 660 В, вызывает непроизводительные потери энергии и расход ламп.

Чем меньше мощность батареи, тем большая мощность ламп приходится на 1 квар установленных конденсаторов. Более целесообразным является не постоянное присоединение ламп, а их автоматическое включение при отключении конденсаторной установки. Для этой цели может быть использована схема, изображенная на рисунке, в которой применяются рубильники с двойными ножами. Добавочные ножи располагаются таким образом, чтобы включение ламп происходило до отключения батареи от сети, а их отключение — после включения батареи. Это может быть достигнуто путем подбора соответствующего угла между главными и дополнительными ножами рубильника.

При непосредственном присоединении конденсаторов и приемника электроэнергии к сети под общий выключатель специальных разрядных сопротивлений не требуется. В этом случае разряд конденсаторов происходит на обмотки электроприемника.

Комплектные конденсаторные установки общепромышленного исполнения

При выполнении систем электроснабжения промышленных предприятий все более широкое применение находят комплектные, изготавливаемые полностью на заводах элементы. Это относится и к цеховым трансформаторным подстанциям, к ячейкам распределительных устройств и к другим элементам систем электроснабжения, в том числе и к конденсаторным установкам. Применение комплектных устройств значительно сокращает объем строительных и электромонтажных работ, повышает их качество, снижает сроки ввода в эксплуатацию, повышает надежность работы и безопасность при эксплуатации.

Комплектные конденсаторные установки на напряжение 380 В изготавливаются для внутренней установки, а на напряжение 6-10 кВ — как для внутренней, так и для наружной. Диапазон мощностей этих установок достаточно широк, причем большинство типов современных комплектных конденсаторных установок оборудовано устройствами для одно— или многоступенчатого автоматического регулирования их мощности.

Комплектные конденсаторные установки на напряжение 380 В выполняются из трехфазных конденсаторов, а на напряжение 6—10 кВ — из однофазных конденсаторов мощностью 25—75 квар, соединенных в треугольник.

Комплектная конденсаторная установка состоит из вводного шкафа и шкафов с конденсаторами. В установках на напряжение 380 В в вводном шкафу устанавливаются: устройство автоматического регулирования, трансформаторы тока, разъединители, измерительные приборы (три амперметра и вольтметр), аппаратура управления и сигнализации, а также ошиновка.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Конструкция батареи статических конденсаторов

Использование предохранителей для защиты конденсаторного устройства и их расположение (внутри устройства в каждом элементе или вне устройства) является важным аспектом проектирования конденсаторных батарей, от которого зависит поведение конденсаторов в случае неисправности и устройство защиты конденсаторной батареи

1. Конденсаторное устройство/батарея с внешним предохранителем
2. Конденсаторное устройство/батарея с внутренними предохранителями
3. Шунтирующие конденсаторные батареи без предохранителей

1. Конденсаторное устройство/батарея с внешним предохранителем

Как правило, каждое конденсаторное устройство защищается отдельным предохранителем, установленным снаружи между конденсатором и шиной предохранителей конденсаторной батареи. Неисправность элемента конденсатора приводит к привариванию его обкладок и короткому замыканию других элементов, подключенных параллельно в той же группе.

Конденсаторное устройство/батарея с внешним предохранителем

Остальные конденсаторные элементы устройства остаются в работе с более высоким напряжением на них, чем до возникновения неисправности, а через конденсатор идёт более высокий ток. Если из строя выйдет ещё один элемент, процесс повторится и приведёт к ещё большему повышению напряжения на оставшихся элементах.

Последующие неисправности в одном устройстве приводят к срабатыванию предохранителя, при этом устройство отключается и индицируется его неисправность.

Конденсаторные батареи с внешними предохранителями конфигурируются из одной или более последовательных групп параллельно соединённых конденсаторов на фазу. Уровень асимметрии снижается при увеличении количества последовательных групп конденсаторов или при увеличении количества параллельных конденсаторов в последовательной группе.

Однако может потребоваться уменьшить номинальную реактивную мощность отдельного конденсаторного устройства, потому что нужно иметь минимум параллельных устройств для того, чтобы конденсаторная батарея оставалась в работе.

2. Конденсаторное устройство/батарея с внутренними предохранителями

Каждый элемент имеет предохранитель внутри конденсаторного устройства. Каждый предохранитель представляет собой отрезок провода, рассчитанный на ограничение тока и имеющий оболочку, способную выдержать тепло от дуги. При выходе из строя одного элемента предохранитель отключает только его.

Конденсаторное устройство/батарея с внутренними предохранителями

Другие элементы, подключенные параллельно в той же группе, остаются в работе, но с немного увеличенным напряжением на них.

Батареи с конденсаторными устройствами с внутренними предохранителями конфигурируются с несколькими параллельными конденсаторными устройствами и большим количеством последовательных групп по сравнению с используемым в батареях с внешними предохранителями. Конденсаторные устройства обычно имеют большую величину, потому что вероятность выхода из строя всего устройства мала.

3. батареи статических конденсаторов без предохранителей

Конденсаторы для конденсаторных батарей без предохранителей идентичны используемым в конденсаторных батареях с внешними предохранителями, которые описаны выше. Для формирования батареи конденсаторы соединяются в последовательные цепи между фазой и нейтралью.

Шунтирующие конденсаторные батареи без предохранителей

Принцип работы защиты основан на том, что отказ отдельных конденсаторных элементов в устройстве – это короткое замыкание, при этом также замыкается часть группы в которую он входит.

При выходе из строя элемента его обкладки привариваются, и конденсатор остаётся в работе. Напряжение неисправного конденсатора распределяется между остальными последовательными конденсаторными элементами группы. .

К примеру, если последовательно соединены 7 конденсаторных устройств, каждое из которых содержит 10 последовательных групп элементов, то всего имеются 70 групп элементов, соединенных последовательно. .

При неисправности одного элемента он закорачивается и на остальных элементах напряжение увеличивается в 70/69 раз или примерно на 1,5%. Конденсаторная батарея продолжает работать, однако последовательные отказы элементов приведут к её выходу из строя. .

Опыт производителя говорит, что в современных конденсаторных устройствах все отказы элементов приводят к сильным коротким замыканиям элементов с привариванием без выделения газа. .

Источник