Типовые схемы подключения УКРМ

Дисциплина: Эксплуатация оборудования электрических сетей

Лекция № 13. «Техническое обслуживание конденсаторных установок от 0,22 до 10 кВ и конденсаторов связи 35-220 кВ»

13.1 Назначение конденсаторных установок. 1

13.2 Режимы работы, уровни напряжений. 2

13.3 Особенности по выполнению мер безопасности при обслуживании КУ.. 3

13.4Техническая документация. 5

13.5 Осмотры, капитальные и текущие ремонты.. 5

13.6 Эксплуатация и обеспечение надёжной работы конденсаторов связи 35-110 кВ 6

13.7 Профилактические испытания конденсаторов. 6

Назначение конденсаторных установок

Самым дешёвым и одновременно самым эффективным средством повышения технико-экономических показателей электрических систем является компенсация реактивной мощности. Понятие источники реактивной мощности (ИРМ) обычно относят к любым устройствам, способным целенаправленно воздействовать на баланс реактивной мощности в электроэнергетической системе. В системах электроснабжения (СЭС) промышленных предприятий ИРМ применяют с целью компенсации реактивной мощности, потребляемой мощной резкопеременной нагрузкой, и симметрирования нагрузки. Ко второй группе ИРМ относятся статические компенсаторы реактивной мощности — конденсаторные батареи (КБ). Конденсаторные батареи способны регулировать генерируемую ими мощность только ступенчато. Для их коммутации (включения, выключения) применяют в сетях до 1 кВ — обычные контакторы, в сетях 6 — 10 кВ и выше — выключатели. Основная роль конденсаторных установок в сетях промышленных предприятий это снижение потерь электроэнергии в сетях и регулирование напряжения в допустимых пределах. Мощность, генерируемая КБ, при ее заданной ёмкостиС пропорциональна квадрату приложенного напряжения и его частоте QКБ = U 2 wС.Поэтому нерегулируемые КБ обладают отрицательным регулирующим эффектом. Это значит, что мощность КБ снижается со снижением приложенного напряжения, тогда как по условиям режима эту мощность необходимо увеличивать.

Современные конденсаторные установки допускают длительную работу при повышении действующего значения напряжения между выводами до 1,1 U ном, сети. Обеспечивают длительную работу без снижения срока службы при повышении действующего значения тока до 1,3 I ном., как за счёт повышения напряжения, так и за счёт высших гармоник или за счёт того и другого вместе независимо от гармонического состава тока. С учётом предельного отклонения ёмкости наибольший допустимый ток может быть до 1,43 I ном.конденсатора.Использование конденсаторных установок, являющихся наиболее распространённым средством компенсации реактивной мощности в промышленных сетях, даёт возможность:

— повышения коэффициента мощности до требуемой величины;

— уменьшения потерь электроэнергии в элементах сети электроснабжения;

— регулирования напряжения в различных точках сети;

— повышения качества электроэнергии.

Применение их позволяет:

— обеспечивать высокую точность заданного коэффициента мощности;

— поддерживать оптимальный режим компенсации реактивной мощности в зависимости от нагрузки;

— снижать тепловые потери в распределительных сетях и расходы на электроэнергию;

— снижать влияние высших гармонических составляющих тока на электрооборудование;

— разгружать оборудование подстанций и распределительных сетей, увеличивать срок его службы.

Нижеуказанные требованияраспространяются на конденсаторные установки напряжением от 0,22 до 10 кВ и частотой 50 Гц, предназначенные для компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения и присоединяемые параллельно индуктивным элементам электрической сети. Конденсаторная установка должна находиться в техническом состоянии, обеспечивающем ее долговременную и надёжную работу. Управление конденсаторной установкой, регулирование режима работы батарей конденсаторов должно быть, как правило, автоматическим. Управление конденсаторной установкой, имеющей общий с индивидуальным приёмником электрической энергии коммутационный аппарат, может осуществляться вручную одновременно с включением или отключением приёмника электрической энергии.Кроме силовых конденсаторов, используемых для компенсации реактивной мощности, в электроэнергетике эксплуатируются конденсаторы связи, конденсаторы отбора мощности, конденсаторы для делителей напряжения, конденсаторы для повышения коэффициента мощности, конденсаторы установок продольной компенсации и конденсаторы, используемые для защиты от перенапряжений.

Принцип действия

Конструкция конденсаторной установки выполнена в виде электроприбора, состоящего из конденсатора и дополнительного электрического оборудования. Данная установка предназначена для компенсации реактивной мощности оборудования, создающей электромагнитные поля и дополнительную нагрузку на электроприборы.

Для регулировки нагрузки используются различные устройства, в том числе конденсаторы, контакторы, контроллеры и защитная аппаратура. С их помощью каждая конденсаторная установка может легко компенсировать реактивную мощность. Они довольно просты в монтаже и эксплуатации, работают практически бесшумно, способствуют сокращению потерь в кабельных линиях.

Принцип действия конденсаторных установок основан на эффекте динамической или коммутируемой компенсации реактивной мощности. С этой целью применяется специальная система конденсаторов, располагающихся в определенной последовательности. Непосредственная коммутация осуществляется с помощью контакторов или тиристоров. Первый вариант используется в большинстве конденсаторных установок с электромеханическими реле. Они обладают универсальной конструкцией, просты в использовании, стоят сравнительно недорого.

Второй вариант с использованием тиристорных систем считается более дорогим, однако он хорошо зарекомендовал себя в сетях с резко изменяющимися нагрузками. Подключение любого устройства может производиться на любых участках электрической сети, независимо от принципа действия.

Типовые схемы подключения УКРМ

Для повышения коэффициента мощности в электрических сетях применяют устройства компенсации реактивной мощности. УКРМ – отличный инструмент для выполнения программы энергосбережения и снижения потребляемой реактивной мощности.

Компенсация реактивной мощности актуальна в основном для промышленных объектов, где используется огромное количество электродвигателей.

Существуют как автоматические так и нерегулируемые конденсаторные установки. Предпочтение следует отдавать АКУ.

Кстати, у меня имеется программа для расчета емкости конденсаторной установки.

Обязательным условием для автоматической компенсации реактивной мощности является наличие внешнего измерительного трансформатора тока, измеряющего фазный ток потребления нагрузки, которую предполагается компенсировать. В некоторых случаях для суммирования сигналов тока с нескольких внешних ИТТ для одной КРМ применяется суммирующий трансформатор тока. При таком способе включения внешние ИТТ, должны быть установлены в одинаковой фазе на вводах, и коэффициенты трансформации их должны быть одинаковы.

Рассмотрим основные схемы подключения УКРМ в условно-симметричной сети 0,4кВ. В такой сети достаточно контролировать ток в одной фазе.

1 Индивидуальная компенсация реактивной мощности.

Индивидуальная компенсация реактивной мощности

В данной схеме силовая часть КРМ присоединяется непосредственно на зажимы крупного потребителя РМ (или в непосредственной близости). Внешний ИТТ (ТА1) устанавливается на одной из фаз ввода потребителя.

2 Групповая компенсация реактивной мощности.

Групповая компенсация реактивной мощности

При групповой компенсации силовая часть КРМ присоединяется на шины групповой сборки (ШР, ЩС и т.д.). Внешний ИТТ (ТА1) устанавливается на одной из фаз ввода группового щита.

3 Групповая компенсация реактивной мощности при питании с 2-х вводов.

Групповая компенсация реактивной мощности при питании с 2-х вводов

Для реализации данной схемы используют два измерительных трансформатора тока и суммирующий трансформатор тока. Внешние ИТТ (ТА1 и ТА2) устанавливаются на одной из фаз вводов группового щита. Для суммирования показаний тока с внешних ИТТ применяется суммирующий ТТ (ТА3). Коэффициенты трансформации внешних ИТТ (ТА1, ТА2) должны быть одинаковы.

4 Централизованная компенсация реактивной мощности.

Централизованная компенсация реактивной мощности

Пожалуй, одна из самых распространенных схем компенсации реактивной мощности. Внешний ИТТ (ТА1) устанавливаются на одной из фаз ввода секции шин 0,4кВ.

5 Централизованная компенсация реактивной мощности с двумя питающими трансформаторами.

Централизованная компенсация реактивной мощности с двумя питающими трансформаторами

Питающие трансформаторы могут работать как по отдельности, так и в параллели. Внешние ИТТ (ТА1, ТА2) устанавливаются на одной из фаз вводов секции шин 0,4кВ. Для согласования сигналов тока применяется суммирующий ТТ (ТА3), коэффициенты трансформации ИТТ ТА1 и ТА2 должны быть одинаковы.

6 Централизованная посекционная компенсация реактивной мощности с двумя питающими трансформаторами.

Централизованная посекционная компенсация реактивной мощности с двумя питающими трансформаторами

В данной схеме реализовано две секции шин с двумя питающими трансформаторами (Т1, Т2) и активным секционным выключателем (QS3). Внешние ИТТ (ТА1, ТА2) устанавливаются на одной из фаз вводов секции шин 0,4кВ, а также на межсекционной связи (ТА3, ТА4). Для согласования сигналов тока применяется суммирующие ТТ (ТА5, ТА6), коэффициенты трансформации ИТТ ТА1 — ТА4 должны быть одинаковы.

Я думаю теперь у вас возникнет меньше вопросов, при проектировании объектов, нуждающихся в компенсации реактивной мощности.

Советую почитать:

Что делать, если у вас постоянно пропадает фаза?

Самая экономная схема управления наружным освещением

Схема управления освещением в квартире

Схема включения ДЭС для первой особой категории электроснабжения

Назначение установок КРМ

Конденсаторные установки известны еще и как установки КРМ – то есть компенсаторы реактивной мощности. Они широко используются в энергетике, трансформаторах, асинхронных двигателях и другом оборудовании с появляющейся реактивной мощностью. Данное явление доставляет определенные неприятности подключенному оборудованию из-за создания дополнительного напряжения в сети. Для снижения негативных последствий и предназначены установки, компенсирующие реактивную мощность.

Очень часто возникает вопрос, зачем нужна конденсаторная установка для чего используется это устройство? Основной функцией данных систем является поддержание заданного уровня коэффициента мощности потребителя. С этой целью в реальном времени отслеживаются изменения нагрузки, после чего в нужный момент происходит включение или отключение нужного количества конденсаторных батарей.

Большая часть нагрузки современных электрических сетей создается на промышленных предприятиях электродвигателями, трансформаторами и другим оборудованием с электромагнитными системами. Для их работы используется реактивная энергия, под действием которой появляется фазовый сдвиг между током и напряжением. При включении нагрузки происходит потребление не только активной, но и реактивной энергии. В связи с этим полная мощность увеличивается в среднем на 20-25% относительно активной мощности. Это соотношение и будет коэффициентом мощности.

Для того чтобы исключить попадание в сеть реактивной мощности применяются различные виды конденсаторных установок. За счет этого она вырабатывается и остается на месте, где и потребляется электрическими нагрузками.

Существует несколько видов установок компенсации реактивной мощности: автоматические высоковольтные и низковольтные, тиристорные, фильтрокомпенсирующие, а также тиристорные установки с фильтрацией высших гармоник. Отдельно следует отметить конденсаторные установки нерегулируемые, компенсирующие реактивную мощность постоянных нагрузок. Типичными примерами такого оборудования различные виды насосов, особенно используемых в системах тепло- и водоснабжения. В этом случае коэффициент мощности повышается за счет приложения постоянной мощности конденсаторов напрямую к реактивной нагрузке.

Преимущества использования конденсаторных установок

Основными положительными качествами компенсационных систем является отсутствие каких-либо вращающихся частей, небольшие удельные потери активной мощности, возможность подбора любой практически необходимой мощности компенсации, возможность подключения к любой точке сети, простая эксплуатация и монтаж, отсутствие шумов во время работы, относительно низкие капиталовложения.

Конденсаторные установки бывают в двух вариантах:

• Модульные — используют для компенсирования реактивной мощности в групповых сетях и сетях энергообеспечения на крупных и средних предприятиях.
• Моноблочные — имеют широкое применение для компенсирования реактивной мощности в групповых сетях на малых предприятиях.

Если предприятие работает, круглые сутки и образование реактивной энергии случается постоянно, то выгодно чтобы конденсаторные установки работали круглые сутки. Но если на производстве, работа распределена неравномерно, предположим, в ночное время нагрузка значительно снижается, необходимо обеспечивать их выключение, так как непрерывная работа может привести к лишнему увеличению напряжения в электросетях.

Таким производствам больше подходят установки с автоматической регулировкой. Они имеют автоматический регулятор, он постоянно следит за значение коэффициента мощности, и, регулирует количество подключенных батарей, что позволяет максимально возмещать её объем.

Энергоэффективность производственных электросетей

Относительно недавно необходимости в подобном оборудовании не существовало. Однако сейчас специалистов, задумывающихся о том, для чего нужны конденсаторные установки, практически не осталось. Слишком очевидна проблема дефицита качественной электроэнергии.

Количество потребителей лавинообразно растет, промышленное оборудование становится все более чувствительным к параметрам электроэнергии, однако морально устаревшие сети не справляются с нагрузкой ни по качественным, ни по количественным характеристикам. В процессе транспортировки электроэнергии и работы многих установок образуется не только активная, но и реактивная мощность. Часть мощности системы расходуется в пустую, повышая стоимость траспортировки ресурса, увеличивая его расход и перегружая систему. Для электрических сетях с реактивной мощностью характерны нагрев отдельных элементов, появление пробоев и перегрузок.

Чтобы избежать негативных последствий, необходимо вкладывать значительные средства в модернизацию сетей: увеличивать сечение кабелей, устанавливать трансформаторы и другое оборудование повышенной мощности. Однако есть более простое и эффективное решение.

Конденсаторные установки обладают целым рядом преимуществ:

• Обеспечивают заметный эффект при низких стартовых затратах. При грамотном подходе каждая установка окупается в течение года.
• Предельно просты при установке и в эксплуатации.
• Подключаются именно там, где вам нужно.
• Существуют решения для электросетей низкого, среднего и высокого напряжения.

Назначение конденсаторных установок

В зависимости от требований заказчика, КУ решают следующие задачи:

• Снижают расход и стоимость потребляемой электроэнергии.
• Гарантируют передачу ресурса по проводам меньшего сечения, без дорогостоящей модернизации всей электросети.
• Стабилизируют параметры тока при транспортировке на большие расстояния. Предотвращают перепады напряжения на электросетях различного масштаба.
• Защищают оборудование от перегрузок.
• Повышают качество поставляемого ресурса.

Наиболее эффективны КУ на производствах с высоким содержанием асинхронных двигателей, силовых установок с cos φ = 0,7 и ниже, и т.д.

Защита конденсаторных установок

Для безопасной работы устройства предусмотрены защиты:

1. Блокировки, обеспечивающие защиту от прикосновения к токоведущим частям, находящимся под напряжением.
2. Защита, предохраняющая установку от короткого замыкания конденсатора.
3. От превышения нормы электрического тока.
4. От перенапряжения.
5. От перекоса токов по фазам устройства.
6. Электромагнитное блокирование, предохраняющее от ошибочного включения коммутационных аппаратов УКРМ.
7. Механическое блокирование включения заземляющих ножей в работающей установке.
8. Наличие контактного выключателя, отключающего установку при открывании дверей при включенном оборудовании.
9. Тепловая защита, включающая принудительное охлаждение при повышении температуры конденсаторных батарей.
10. Термодатчик включающий обогрев в установке при понижении температуры.

Принцип работы конденсаторной установки

В основе действия КУ эффект коммутируемой или динамической компенсации реактивной мощности системой конденсаторов, расположенных в определенной последовательности. Для коммутации в конденсаторной установке (принцип действия несколько отличается в каждом из указанных подвидов) используются контакторы или тиристоры. В первом случае, коммутация происходит за счет электромеханического реле, что характерно для подавляющего большинства КУ. К их преимуществам следует отнести низкую стоимость, универсальность конструкции и простоту использования. Тиристорные системы несколько сложнее, однако в электросетях с резкопеременной нагрузкой они имеют ряд преимуществ.

Однако каким бы ни был принцип действия конденсаторной установки, подключать их можно на любом участке сети (на вводе предприятий, для группы однотипных установок, поблизости от единичного потребителя или по смешанной схеме).

Типы УКРМ

Существуют несколько типов установок УКРМ, применяемых в сетях 6-10 кВ, это:

1. Нерегулируемые установки, выполненные в модульном построении, состоящем из нескольких фиксированных ступеней,коммутация происходит в ручном режиме при отсутствии токов нагрузки.
2. Автоматические или регулируемые, базовое устройство предназначено для автоматического регулирования ступеней, каждая из которых состоит из трех конденсаторов, соединенных в звезду, операции по осуществлению коммутационных действий производят автоматически с использованием электронного блока, определяющего мощность и время включения.
3. Полуавтоматические установки применяются для снижения стоимости устройства компенсации реактивной мощности, цена становится доступной с одновременным сохранением качества работы устройства. Для этого в устройстве применяются, как регулированные ступени, так и фиксированные.
4. Высоковольтные установки с фильтрами, применяемыми для защиты от нелинейных гармонических искажений защитных антирезонансных дросселей. Применяются такие установки совместно с устройствами, генерирующими явление в сети высших гармоник, это: устройства, обеспечивающие плавный пуск и частотные преобразователи.

В модульных установках КРМ ступени конструктивно объединены в модуль