Устройства компенсации реактивной мощности 0,4 кВ

Анонс: Устройства компенсации реактивной мощности 0,4 кВ и особенности разных установок коррекции коэффициента мощности. Выбор установок компенсации реактивной мощности через каталог.

Устройства компенсации реактивной мощности 0,4 кВ – сегодня больше собирательное название конденсаторных батарей переменного тока низкого напряжения (англ. low-voltage а.с. capacitor bank), нерегулируемых, регулируемых в ручном режиме и автоматических низковольтных релейных (контакторных) конденсаторных установок переменного тока для коррекции (повышения) коэффициента мощности с фильтрами гармоник и без, а также статических компенсаторов реактивной мощности - автоматических установок компенсации реактивной мощности с контроллером на базе тиристорных ключей или микропроцессорных устройств.

Все эти устройства базируются на статических элементах – косинусных конденсаторах в блоках батарей для каждой ступени (или нерегулируемой установки), ассоциированных с ними коммутационных устройствах, технических средствах контроля, измерения, защиты, оповещения. Основное различие между ними – способ регулирования и наличие или отсутствие дополнительного блока фильтра, обеспечивающего нормы токов высших гармоник по ГОСТ 32144-2013 или IEEE Std 519™-2014.

Примечание: Здесь I_sc – максимальный ток короткого замыкания, I_m – максимальный потребляемый ток в нормальном режиме эксплуатации.

Все автономные конденсаторные батареи, нерегулируемые конденсаторные установки с коммутационной аппаратурой, релейные механические и автоматические установки для повышения коэффициента мощности с фильтрами гармоник и без – имеют ряд общих преимуществ и недостатков. К достоинствам относят сравнительно небольшую себестоимость (отпускная цена снижается в ряду - автоматическая установка с фильтрами, без фильтра гармоник, установка с механическим переключением и фильтром гармоник, без фильтра, нерегулируемая установка, конденсаторная батарея), небольшие удельные потери активной мощности, простоту конструкции, монтажа, эксплуатации, реновации, отсутствие вращающихся частей и, соответственно, потерь энергии, шума во время работы.

Основными недостатками нерегулируемых, регулируемых и автоматических релейных установок признают чувствительность к перенапряжениям и скачкам тока, пожароопасность, наличие остаточного заряда, но главное - отсутствие возможности плавного регулирования и временные задержки при включении/отключении, что ограничивает применение контакторных установок в электрических сетях с резко изменяющейся нелинейной нагрузкой, а также прямую зависимость генерируемой реактивной энергии (мощности) от приложенного напряжения (Q = U²*ω*C, где ω – частота, C – емкость, Q – реактивная мощность).

Кроме того, в релейных установках:

• включение ступени (батареи) сопровождается броском тока, отключение – перенапряжением, что негативно влияет на срок службы конденсаторов и контакторов управления;
• конденсаторы чувствительны к высшим гармоникам тока - сопротивление конденсатора Х_с = 1/(n*ω*C), т.е. тем больше, чем выше частота nω гармоники, что влечет за собой увеличение потерь мощности в конденсаторах, их нагрев и сокращение срока службы.

Большинства недостатков релейных установок лишены статические тиристорные компенсаторы – по факту автоматические конденсаторные установки с тиристорными ключами, интегрируемые в электрические сети с быстрыми и резкопеременными нагрузками. Часто такие установки комплектуют реакторами насыщения – индуктивностью, как правило дросселем-накопителем электромагнитной энергии – которые демпфируют излишки емкостных токов и нивелируют риски перекомпенсации. Цена установок с тиристорным управлением высокая, а цена сборок с насыщаемым реактором еще больше и приближается у цене самокоммутируемых устройств - преобразователей на полупроводниковых управляющих схемах.

Выбор релейной или тиристорной установки компенсации реактивной мощности в большей степени определяется спецификой нагрузки в электрической сети, отчасти способом компенсации и ценой - в электрические сети с быстрыми и резкопеременными нагрузками интегрируют установки с тиристорными ключами, иногда насыщаемыми реакторами, хотя цена их значительно выше типовых релейных АКМ, УКРМ и пр., при групповой у компенсации сегментов электрической сети с равномерной нагрузкой и сравнительно стабильной потребностью в реактивной энергии более целесообразными остаются контакторные сборки.

Выбор установок компенсации реактивной мощности через каталог.

На текущий момент следует признать, что на отечественном электротехническом рынке выбор оптимальной установки компенсации реактивной мощности для конкретной электрической сети с ее спецификой нагрузки по реактивной энергии остается предельно сложным. До сих пор названия установок не унифицированы, а наиболее актуальный ГОСТ Р 56744-2015 разрешил в маркировке установок 0.4 кВ использовать «имя или торговую марку изготовителя». Т.е. сегодня формально разрешено в каталоге производителя «именовать» свои разработки по желанию, а потому рынок постепенно и неуклонно насыщается аббревиатурами КРМ, УКМ, УКРМ, АКУ, УК, АУКРМ, КРМТ, УКРМТ, АФКУ, КРМФ, ДФКУ и т.д. и т.п., хотя по факту все это релейные, редко тиристорные установки с автоматическим или механическим управлением, комплектуемые или нет фильтрами гармоник (см. правильную расшифровку УКМ, УКРМ, УКМ, УКРМТ в этом материале).