Автоматическое регулирование мощности конденсаторных установок - Схемы соединения конденсаторных установок

Ввиду малой мощности конденсаторов в единице они обычно соединяются в группы, секции и целые установки. В принципе не существует каких-либо препятствий, ограничивающих получение конденсаторных установок на любую мощность и на любое напряжение, и они могут выполняться как однофазными, так и трехфазными с параллельным или параллельно-последовательным соединением конденсаторов. Соединение конденсаторов в установках выполняется в виде двух основных схем — треугольником или звездой. Выбор той или иной схемы соединений конденсаторов зависит от различных факторов технического и конструктивного характера.
Конденсаторы напряжением 220, 380, 500 и 600 В изготовляются в основном в трехфазном исполнении, но по отдельным заказам могут изготовляться и в однофазном. Трехфазные конденсаторы соединяются только треугольником (рис. 5,6,г), а однофазные могут Соединяться как звездой, так и треугольником рис. 5,а,в, д, ё).

Рис. 5. Схемы соединений конденсаторных установок.
а, в. е — звездой; б, г, д — треугольником.
Однофазные конденсаторы применяются в сетях для индивидуальных однофазных электроприемников (электрические печи и др.).
Б осветительных и силовых сетях напряжением 220 и 380 Б применяют главным образом трехфазные конденсаторные установки с параллельным соединением конденсаторов, соединенных по схеме треугольника. Б осветительных сетях трехфазные конденсаторные установки обычно подключаются непосредственно (без выключателя) к групповым линиям этих сетей после выключателя (рис. 6,а). В силовых сетях трехфазные конденсаторные установки могут подключаться как непосредственно под общий выключатель с электроприемником (рис. 6,6), так и через отдельный выключатель к шинам распределительных щитов напряжением 380 Б (рис. 6, в, г,д).
При необходимости комплектования конденсаторной установки напряжением 380 Б большой мощности применяются секционированные схемы, состоящие из нескольких отдельных секций конденсаторных установок, которые через свой выключатель подключаются к шинам распределительного щита напряжением 380 Б.

Схемы присоединения конденсаторных установок напряжением 380 В.
б — 1с общим выключателем; в — с рубильником и предохранителем: с предохранителем и контактором; а —с автоматическим выключателем.
Конденсаторы напряжением 1,05; 3,15; 6,3 и 10,5 кВ изготовляются только в однофазном исполнении и могут соединяться в схемах конденсаторных установок как по схеме треугольника (рис. 7,а) с предохранителями индивидуальной защиты конденсаторов, так и по схеме звезды и двойной звезды (рис. 7,б,в). Благодаря появлению высококачественных материалов, синтетических хлорированных пропитывающих жидкостей и совершенствованию технологии изготовления конденсаторов промышленностью разработана единая серия (I, II, III и IV) конденсаторов с улучшенными удельными характеристиками. Для всех серий эти конденсаторы изготовляются двух габаритов: для первого — с высотой бака без изолятора 325 мм; для второго — 640 мм. Размеры основания корпуса конденсатора составляют 380 X 120 мм для напряжений 0,22—10,5 кВ. Мощность конденсатора в единице 50—100 кВАр.

Рис. 7. Схемы присоединения конденсаторных установок напряжением 3—10 кВ.
а — с выключателем и конденсаторами со встроенными разрядными сопротивлениями; б — с выключателем и трансформаторами напряжения для разряда; в — в виде двойной звезды с выкатным выключателем.
Шкала напряжений и мощности конденсаторов имеет широкий диапазон, допускающий комплектовать конденсаторные установки на различные напряжения и мощности. Конденсаторы для повышения коэффициента мощности электроустановок переменного тока частоты 50 Гц выпускаются в соответствии с ГОСТ 1282-72. Основные технические данные конденсаторов напряжением до 1000 В, частотой 50 Гц приведены в табл. 2. Основные технические данные конденсаторов напряжением выше 1000 В, частотой 50 Гц приведены в табл. 3.
Основные технические данные конденсаторов до 1000 В, частотой 50 Гц

Примечания: 1. ЗУЗ — конденсаторы трехфазные внутренней установки, ЗУ 1 — наружной установки.
2. Масса конденсаторов всех типов первого габарита (КС1) 30 кг, второго габарита (КС2) 60 кг.
Таблица 3
Основные технические данные конденсаторов выше 1000 В, частотой 50 Гц

Примечания: I. 2Уз — конденсаторы однофазные внутренней установки, 2У1 — наружной установки. 2. Масса конденсаторов всех типов первого габарита КС1 30 кг, второго габарита (КС2) 60 кг. 
Для конденсаторных установок напряжением выше 10 кВ применяются схемы соединений фаз в звезду с параллельно-последовательным соединением однофазных конденсаторов в фазе. При последовательном соединении однофазных конденсаторов напряжение, приходящееся на один конденсатор, равно напряжению фазы установки, деленному на число последовательно включенных конденсаторов. Обычно это напряжение не совпадает точно с номинальным напряжением конденсаторов, поэтому при подсчете реактивной мощности конденсаторной установки необходимо учитывать отклонение фактической мощности конденсаторов от номинальных значений.
Фактическая реактивная мощность конденсатора Q, включенная в сеть с напряжением UCl отличным от номинального напряжения конденсатора U,„ определяется следующим образом, кВАр:
где QH — номинальная мощность конденсатора, кВАр.
Если конденсатор типа КМ2-10.5 номинальной мощностью 26 кВАр подключить к шинам подстанции напряжением 10 кВ. то его фактическая мощность составит, кВАр:

или соответственно 90% номинальной мощности конденсатора.
Таким образом, при установке конденсаторов необходимо учитывать фактический уровень напряжения в сети, к которой будут присоединяться конденсаторы. В условиях эксплуатации конденсаторных установок может возникнуть необходимость использовать при параллельно-последовательном соединении конденсаторы с различными напряжениями и мощностью. В этом случае необходимо соблюдать два условия:
1- При различных напряжениях и одинаковой мощности следует комплектовать конденсаторы в группы таким образом, чтобы ток во всех группах при последовательном соединении был равным и мог быть определен по формуле
где <21,2,з — номинальная мощность одного конденсатора, кВАр; mi,2,з — количество конденсаторов, включенных в группе параллельно; С/1,2,3 — номинальное напряжение конденсаторов, кВ.

Рис. 8. Схемы соединений конденсаторных установок (одной фазы) при различном напряжении (о) или мощности (б) конденсаторов.

Например, необходимо скомплектовать конденсаторную установку для напряжения 6 кВ из имеющихся в наличии однофазных конденсаторов типа КМ-0,5 и КМ-1,05 мощностью по 25 кВАр в единице (рис 8,а). Проверяем ток, проходящий по группам:
2. При одинаковом напряжении, но различной мощности следует комплектовать конденсаторы в группы таким образом, чтобы мощность во всех группах была одинаковой и соответственно ток при последовательном соединении один и тот же. Количество параллельно соединенных конденсаторов в группе в зависимости от их мощности будет различно.
Например, необходимо скомплектовать конденсаторную установку для напряжения 6 кВ из имеющихся в наличии однофазных конденсаторов типа КМ-0,66 мощностью 25 и 50 кВАр в единице (рис. 8, б). Проверяем ток, проходящий по группам:

В зависимости от наличия конденсаторов и необходимой мощности конденсаторной установки могут быть и другие комбинации параллельно-последовательного соединения конденсаторов. При этом необходимо учитывать, что разнотипность в габаритах конденсаторов различной мощности и напряжения может привести к выполнению специальной нетиповой конструкции такой конденсаторной установки.
В процессе управления конденсаторной установки при отключении от сети в ней остается электрический заряд, напряжение которого примерно равно напряжению сети в момент разрыва тока. Для быстрого снижения напряжения на зажимах отключенной от сети конденсаторной установки предусматриваются специальные активные или индуктивные сопротивления, которые подключают параллельно конденсаторам. Разряд конденсаторной установки необходим также для обеспечения безопасности обслуживающего персонала, так как естественный саморазряд происходит медленно.
Схемы соединений разрядных сопротивлений в трехфазных конденсаторных установках выполняются: треугольником, открытым треугольником и звездой. Наиболее надежной схемой для установки до 1000 В следует считать соединение треугольником, так как пои обрыве одной фазы будет происходить разряд по схеме открытого треугольника во всех трех фазах.
Для конденсаторных установок выше 1000 В в качестве разрядных сопротивлений рекомендуется применять два однофазных трансформатора напряжения, соединенных в открытый треугольник, причем если для конденсаторов до 1000 В «Правила устройства электроустановок» рекомендуют в целях экономии электроэнергии работу без постоянного присоединения сопротивлений с автоматическим присоединением последних в момент отключения конденсаторов, то для конденсаторов выше 1000 В разрядные сопротивления должны быть постоянно присоединены к конденсаторам. Поэтому в цепи между сопротивлениями и конденсаторами не должно быть каких-либо коммутационных аппаратов.
При разделении конденсаторных установок на несколько секций для многоступенчатого регулирования в схемах форсировки каждая секция с отдельным выключателем должна иметь свой комплект разрядных сопротивлений.
Для конденсаторной установки, присоединенной через общий с трансформатором или электродвигателем выключатель, разрядные сопротивления не требуются, так как разрядка конденсаторов происходит через обмотки этих электроприемников. Наилучший способ разряда конденсатора, а также надежное снижение напряжения на зажимах конденсаторов при внезапных разрывах электрической цепи дает применение конденсаторов со встроенными разрядными сопротивлениями. При этом исключается необходимость установки для разряда конденсаторов трансформаторов напряжения и другой аппаратуры.
У конденсаторов со встроенными разрядными сопротивлениями на напряжение 380 В сопротивления устанавливают снаружи между выводами конденсатора. У конденсаторов на напряжения 3—6—10 кВ ввиду отсутствия малогабаритных сопротивлений, рассчитанных на высокое напряжение, разрядное сопротивление устанавливают внутри верхней части бака конденсатора и присоединяют параллельно выводам.
Значение разрядного сопротивления R, Ом, определяется по формуле

где V<t — фазное напряжение сети, кВ; Q — мощность конденсаторной установки, кВАр.
Величина капитальных затрат на конденсаторную установку определяется мощностью, напряжением, наличием автоматического регулирования, типом распределительных устройств, используемых при подключении установки в электрической сети. С увеличением мощности конденсаторной установки удельные характеристики снижаются, так как стоимость и монтаж коммутационной, защитной, измерительной и разрядной аппаратуры, а также вводных ячеек и аппаратуры автоматического регулирования почти не зависят от мощности конденсаторной установки.
Для специальных конденсаторных установок различных напряжений стоимость их определяется в зависимости от конкретной схемы и конструкции установки.