Компенсирующие устройства

Батареи статических конденсаторов (БК) могут работать лишь как источники реактивной мощности. Их выпускают на различные номинальные напряжения и мощности. БК на напряжение до 1000 В обычно включаются по схеме треугольника, так как при этом к конденсатору приложено линейное напряжение и в три раза увеличивается реактивная мощность по сравнению с соединением в звезду:

Q_CY = (U_л / √3)² / X_k = 1/3U_л²ωC, Q_к∆ = I²X_k = U_л² / X_k = U_л² / ωC, (15.26)

где U_л – линейное напряжение сети; С – емкость трех фаз батарей; ω – угловая частота.

Достоинства БК: 1) малые удельные потери активной мощности (0,0025–0,005 Вт/вар); 2) простота производства монтажных работ (малые габариты, масса, отсутствие фундаментов); 3) простота эксплуатации (ввиду отсутствия вращающихся и трущихся частей); 4) возможность их установки в центре реактивных нагрузок или около электроприемников; 5) для установки конденсаторов может быть использовано любое сухое помещение; 6) возможность постепенного увеличения мощности БК.

Недостатки БК: 1) зависимость генерируемой РМ от напряжения; недостаточная прочность, особенно при КЗ и перенапряжениях; 3) малый срок службы; 4) пожароопасность; 5) наличие остаточного заряда; 6) перегрев при повышении напряжения и наличии в сети высших гармоник, ведущих к повреждению конденсаторов; 7) сложность регулирования РМ (РМ регулируется ступенчато).

Для плавного регулирования реактивной мощности применяются непосредственные преобразователи частоты (НПЧ). Такой компенсатор представляет собой нерегулируемый генератор высокой частоты, включенный через НПЧ (рис. 15.5, а).

В зависимости от соотношения напряжений сети u_а, u_b, u_с и напряжений на выходе НПЧ u_al, u_bv u_cl компенсатор может генерировать или потреблять реактивную мощность. При этом от генератора высокой частоты реактивная мощность в любом случае потребляется. Учитывая это, в качестве генератора можно использовать статическое устройство, содержащее LC-контуры (рис. 15.5, б). Так как конденсаторы в рассматриваемом компенсаторе работают на высокой частоте, он имеет некоторое преимущество по габаритным размерам и стоимости по сравнению с другими типами компенсаторов.

В качестве источников реактивной мощности для прямой компенсации также используются компенсаторы с искусственной коммутацией тиристоров. Такой компенсатор представляет собой параллельное соединение двух трехфазных преобразователей. Изменение знака угла управления тиристоров достигнуто искусственной коммутацией тока в вентильных контурах напряжениями коммутирующих конденсаторов, а не напряжением сети.

Косвенная компенсация реактивной мощности заключается в том, что параллельно нагрузке включается стабилизатор реактивной мощности, обеспечивающий неизменную величину суммарной реактивной мощности

Q_∑ = Q_н(t) + Q_ст(t) = const, (15.27)

где Q_н(t) – реактивная мощность нагрузки; Q_ст(t) – реактивная мощность стабилизатора.

Рисунок 15.5 - Установка прямой компенсации реактивной мощности с непосредственным преобразователем частоты (а), с непосредственным преобразователем частоты и LC-контурами (б)

Суммарная реактивная мощность QΣ компенсируется с помощью БК. В качестве стабилизаторов в настоящее время используются тиристорные компенсаторы реактивной мощности.

Наиболее широкое распространение получили компенсаторы с фазоуправляемыми тиристорными ключами. На рис. 15.6, а представлена схема однофазного тиристорного фазоуправляемого ключа. Угол управления а изменятся в пределах от 0 до π/2.

Если допустить, что активное сопротивление реактора равно нулю, то для интервала проводимости тиристоров можно записать

L di(t) / dt = u(t) = U_m cosωt, (15.28)

отсюда ток через индуктивность

t

1/L ∫ u(t) dt = I_m (sinωt – sinαt), (15.29)

α/ω

где I_m = U_m / ωL.

Рисунок 15.6 - Схема фазоуправляемого тиристорного регулятора (а), кривые тока i(t), напряжения u(t) при угле управления а ≠ 0 (б)

Ток компенсатора при угле управления α ≠ 0 становится несинусоидальным. Кривые тока i(t), напряжения u(t) компенсатора при угле управления α ≠ 0 приведены на рис. 16.6, б.