Компенсация реактивной мощности трансформаторов

Анонс: Компенсация реактивной мощности трансформаторов в сетях объектов. Расчет потери реактивной мощности в трансформаторе. Расчет максимальной реактивной мощности, которую можно передать через трансформаторы.

Потери мощности в трансформаторах тока, напряжения, автотрансформаторах электрической сети объекта находятся в интервале от 12% до 35% и в целом:

• компенсация реактивной мощности трансформаторов в составе оборудования, устройств, приборов, систем осуществляется в рамках мероприятий по повышению коэффициента мощности cos фи, в том числе средствами и способами централизованной, групповой, индивидуальной или гибридной (комбинированной) компенсации (см. более подробно о средствах и способах компенсации реактивной мощности в этом материале);
• компенсация реактивной мощности трансформаторов понижающих ТП или КТП, РП осуществляется подключением дополнительных конденсаторных батарей, компенсирующих конденсаторов, установок, как правило, по стороне низшего напряжения, а расчет потребности в генерации реактивной энергии выполняют с учетом экономически оправданного объема реактивной мощности, который целесообразно передать в сеть со стороны высшего напряжения без наращивания числа и/или мощности трансформаторов.

Расчет потери реактивной мощности в трансформаторе.

Суммарные потери реактивной мощности силового трансформатора формируют:

• реактивная мощность намагничивания магнитопровода холостого хода Q₀ = Q_хх = S_н*I_хх/100, где S_н – номинальная мощность трансформатора (см. расчет мощности трансформатора в этом материале), I_хх – ток холостого хода в % по паспортным данным или справочнику;
• реактивная мощность полей рассеяния Q_р = S_н*К_з²*U_кз/100, где U_кз – напряжение короткого замыкания в %, К_з – коэффициент загрузки, который определяется отношением полной мощности загрузки трансформатора к его номинальной мощности S_п/S_т.

Суммарные потери реактивной мощности трансформатора Q_пт = S_н*I_хх/100 + S_н*К_з²*U_кз/100 = S_н*I_хх/100 + К_з²*U_кз/100).

Расчет максимальной реактивной мощности, которую можно передать через трансформаторы.

Без увеличения числа и/или мощности трансформаторов из питающей сети высшего напряжения можно передать

Где N – число трансформаторов, Р_р – активная мощность нагрузки в сети низшего напряжения, ΔР_m – потери активной мощности в трансформаторах

или по упрощенной формуле ∆Р_m = 0,02*S_п;

Тогда, если:

Q_max > Q_пт, то возможна компенсация реактивной мощности по стороне высшего напряжения;

Справка: Компенсация реактивной мощности силовых трансформаторов по стороне высшего напряжения, что позволяет поднять коэффициент мощности самого трансформатора и, соответственно, увеличить коэффициент полезного действия. Так, коэффициент полезного действия трансформатора

η = Р_max/(Р_max + Р_хх + Р_кз),

где максимальная активная мощность, получаемая нагрузкой по низшей стороне, Р_max = S_п*cos(φ). Тогда коэффициент полезного действия

η = S_п*cos(φ)/( S_п*cos(φ) + Р_хх + Р_кз), т.е. при повышении cos фи увеличивается и коэффициент полезного действия трансформатора.

Вместе с тем, такой способ компенсации используется достаточно редко из-за:

• увеличения загрузки трансформатора и рисков перекомпенсации с генерацией реактивной мощности в питающую сеть;
• типового расположения коммерческого учета электроэнергии по стороне низшего напряжения.

Кроме того, коэффициент загрузки трансформатора в нормальном (К_знр = S_п/(N*S_н)) и аварийном (К_зар = 2*К_знр) режимах должен отвечать требованиям ГОСТ 14209-85 (и ГОСТ Р 52719-2007), а К_знр – находится в пределах рекомендуемых норм для трансформаторов ТП с различными нагрузками (см. таблицу ниже).

Q_max ˂ Q_пт, то нужна компенсация реактивной мощности по стороне низшего напряжения, а мощность подбираемой конденсаторной установки или батареи не должна превышать

Q_бк ≤ Q_нагр – Q_max,

где Q_нагр – максимальная реактивная мощность, потребляемая нагрузкой по стороне низшего напряжения в часы пик.

В этом материале не рассмотрены проблемы из-за резонанса в контуре из индуктивности трансформатора и емкости конденсаторной батареи, необходимость и целесообразность установки пассивных и/или активных фильтров гармоник для нивелирования рисков перегрева конденсаторов, генерации реактивной мощности в питающую сеть и т.д. Такие вопросы, в том числе связанные с компенсацией реактивной мощности трансформаторов должны решаться индивидуально по результатам энергоаудита сети с конкретными загрузками определенного характера.