Выбор БСК 0,4 кВ (батареи статических конденсаторов): от расчета до монтажа.

Анонс: Формализация конденсаторных батарей и установок компенсации реактивной мощности в действующих стандартах. Расчет и выбор батареи статических конденсаторов для сети низкого напряжения (БСК 0,4 кВ).

Исходя из официального названия действующий ГОСТ IEC 61921-2013 в принципе должен регламентировать батареи статических конденсаторов (БСК) для коррекции коэффициента мощности в сетях низкого напряжения (см. подробнее о формализации сетей разного уровня напряжения в этом материале, о «статических» пассивных элементах компенсации реактивной мощности здесь), однако:

• de facto ГОСТ IEC 61921-2013 и в формализованных обозначениях терминов, и в требованиях к исполнению ориентирован на установки коррекции коэффициента мощности, а не комплектующие их батареи статических конденсаторов;
• стандарт практически игнорирует особенности расчета, выбора, монтажа, эксплуатации, как БСК, так и установок компенсации реактивной мощности в современных сетях с значительной долей нелинейной нагрузки, определяющей существенные гармонические искажения сети по току и напряжению.

Более корректным в техническом аспекте в определении обозначений установок и батарей для повышения коэффициента мощности является действующий ГОСТ Р 56744-2015, где БСК (condenser battery) формализована, как «группа единичных конденсаторов, электрически соединенных между собой», а низковольтная конденсаторная установка переменного тока (low-voltage a.c. capacitor bank) для коррекции коэффициента мощности – «сборкой из одной или нескольких конденсаторных батарей» в определенном конструктивном решении, которая обеспечена необходимыми средствами и устройствами для «коммутации, управления, измерения, сигнализации, защиты» и т.д., а также при серийном изготовлении и поставке попадает под требования ГОСТ Р 51321.1-2007 к низковольтным комплектным устройствам (НКУ).

Т.е. в действительности конденсаторная батарея – простая сборка из конденсаторов с параллельным, последовательно-параллельным подключением, которая может поставляться, устанавливаться и подключаться к нагрузке напрямую или с применением фильтров гармоник. В то же время установка коррекции коэффициента мощности – это или одна конденсаторная батарея с пакетом необходимых устройств для коммутации с сетью и защиты (нерегулируемая), или две и более БСК в виде отдельных ступеней в одном корпусе шкафного типа и требуемыми средствами, устройствами, причем такие установки могут быть и нерегулируемыми, и оборудоваться контроллером, обеспечивающим автоматическое регулирование генерируемой мощности по определенным параметрам сети.

Расчет и выбор батареи статических конденсаторов для сети низкого напряжения (БСК 0,4 кВ).

На текущий момент практически все производители конденсаторов, собранных из них конденсаторных батарей и установок компенсации реактивной мощности предлагают действующим предприятиям:

• ориентировочный расчет требуемой для компенсации реактивной мощности по счетам за электроэнергию.
  Расчет выполняется по месяцу максимальной оплаты за реактивную мощность и часам работы электроустановок в этот временной период. Требуемая для компенсации реактивная мощность находится, как отношение оплаченной реактивной мощности к часам работы оборудования, а выбор конденсаторной батареи или установки – по каталогу из значений, не меньших полученного результата.
  Такой подход к расчету и выбору БСК 0,4 кВ сложно считать технически и экономически корректным, поскольку:
  - очень высокие риски перекомпенсации реактивной мощности в часы и периоды малых загрузок (см. о негативах перекомпенсации реактивной мощности в этом материале);
  - не учитываются гармонические искажения в сети, а в случае резонансных явлений из-за образования индуктивными элементами сети и БСК последовательных и параллельных цепей может произойти перегрев конденсаторов, кабелей и возгорание;
• ориентировочный расчет требуемой для компенсации реактивной мощности по измеренным значениями активной мощности Р_изм и tg(φ)_изм (или активной и реактивной Q_изм мощности, что позволит определить фактический tg(φ) = P/Q).
  Тогда для БСК требуемый Q_бск = Р_изм*(tg(φ)_изм - tg(φ)_тр) = Р_изм*К, где К – коэффициент, tg(φ)_тр – требуемый коэффициент реактивной мощности, который должен быть не ниже, чем нормативный по договору, нормам Приказа Минэнерго РФ от 23 июня 2015 года N 380 (tg(φ)_н для сетей ниже 1 кВ не более 0.35) или определяемый по справочным таблицам (см. таблицу выбора БСК ниже или таблицу соотношения cos(φ) и tg(φ) в этом материале). Выбор БСК или установки компенсации реактивной мощности проводят по таблицам, где значения коэффициента К просчитаны для фактических и требуемых коэффициентов мощности и реактивной мощности.
  
  Таблица. Коэффициент К для выбора конденсаторной батареи или установки компенсации в зависимости от фактических и требуемых коэффициентов мощности и реактивной мощности.
  
  Такой способ расчета может быть использован только, если:
  - на предприятии есть система автоматизированного учета электроэнергии на базе электронных многофункциональных счетчиков, регистрирующих текущие усредненные значения активной Р_ф и реактивной Q_ф мощности в определенных временных интервалах, причем можно выбрать данные по сезонным, пиковым и малым загрузкам, чтобы исключить риски перекомпенсации;
  - производится выбор батареи конденсаторов или установки для сети, где доля нелинейных нагрузок минимальна.
  Кроме того, расчет по измеренным значениями активной мощности Ризм и tg(φ)_изм (или активной и реактивной Q_изм мощности):
  - не пригоден для способа индивидуальной или групповой компенсации (см. подробнее о способах компенсации реактивной мощности здесь), где в основном используются БСК 0.4 кВ;
  - не учитывает зависимости генерации реактивной мощности конденсаторными батареями от реального напряжения в точке присоединения (см. особенности отрицательного регулировочного эффекта БСК и нерегулируемых установок в этом материале);
  - не рекомендован при наличии в сети нагрузки, генерирующей токи гармоник;
  - не позволяет оценить реальную экономическую целесообразность установки конденсаторной батареи (см. экономическое и техническое обоснование выбора БСК или установки компенсации реактивной мощности в этом материале).

Поэтому расчет и выбор, как конденсаторной батареи, так и установки компенсации реактивной мощности, в том числе с автоматическим регулированием:

• должны осуществлять исключительно профильные специалисты высокой квалификации;
• только после анализа состояния сети на наличие и уровень гармонических искажений и проведения тщательного энергоаудита.