Источники реактивной мощности это практически все электродвигатели, как большие, так и маленькие (например, вентилятор в компьютерном блоке). Более сложными устройствами-источниками реактивной мощности являются нелинейные элементы — например, полупроводниковые устройства (регуляторы, выпрямители, импульсные блоки питания и др.), которые широко применяются в современных электроустановках потребителей.
В большинстве электроустановок потребителей генерируется значительная индуктивная реактивная мощность. Это относится как к промышленным предприятиям, так и офисным и бытовым центрам нагрузки.
Реактивная мощность не только бесполезно отнимает часть энергии, произведённой генераторами в сети. С ростом индуктивной мощности происходит снижение напряжения на шинах подстанций потребителей электроэнергии. А особенностью современных полупроводниковых регуляторов является то, что со снижением напряжения, они начинают потреблять больший ток. Что в свою очередь приводит к ещё большему росту реактивной мощности. Это может вести к каскадной аварии — так называемой лавины напряжения. Когда снижение напряжения во внешней сети (например, в результате ремонта или аварии) ведёт к взрывному росту реактивной нагрузки у потребителя и к аварийному снижению напряжения в сети.
Поэтому, компенсация реактивной мощности это не только средство повысить эффективность работы оборудования, качество электрической энергии, но и средство обеспечить надёжность электроснабжения.
Поскольку большая часть электроустановок потребителей генерирует индуктивную мощность, её можно компенсировать при помощи специальных конденсаторных установок — батарей статических конденсаторов (БСК). Электрически БСК представляет собой конденсатор, чья мощность примерно равна эквивалентной индуктивной мощности электроустановки потребителя. БСК компенсирует снижение напряжения на шинах и увеличивает коэффициент мощности.
Батарея статических конденсаторов (шунтовая конденсаторная батарея) – электроустановка, состоящая из конденсаторов, вспомогательного электрооборудования и ошиновки, предназначенная для компенсации реактивной мощности и повышения напряжения. БСК устанавливаются в электрических сетях переменного тока напряжением 0,4 – 500 кВ.
БСК — общее
Проблематике эффективного использования топлива и энергии уделяется много внимания во многих странах мира. В стратегическом плане развития многих стран отдельный аспект отведен грамотному использованию имеющейся энергии. Чтобы достичь максимального эффекта требуется рассматривать все этапы: начиная от возникновения электрической энергии и заканчивая её конечным использованием. Подача электрической энергии на многие километры с задействованием линий электропередач в любом случае ведет к неизбежным потерям. В этом случае происходит увеличение загрузки оборудования, которое предназначено для перераспределения энергии. Так, происходит снижение надежности функционирования частей энергосетей.
Бесплатная консультация Инженера по БСК
Назначение и область применения
БСК применяются для увеличения коэффициента мощности в электрических сетях. Они позволяют производить реактивную мощность в узлах нагрузки, а не на удаленных электрических станциях, что снижает потери напряжения и мощности в системе электроснабжения. Применяются в непосредственной близости к крупным узлам нагрузки со стороны высокого напряжения. Индивидуальная и групповая компенсация реактивной мощности (КРМ) осуществляется различными устройствами на классе напряжения 0,4-6-10 кВ, на высоком напряжении при помощи БСК осуществляется, как правило, централизованная КРМ.
Регулирование напряжения с помощью БСК
Величина напряжения в различных точках энергосистемы изменяется в зависимости от нагрузки и схемы сети. Этот параметр согласно ГОСТ 13109—87 должен находиться в пределах от 5 до 20% (таблица 1).
Напряжение в энергосистеме
| Номинальное напряжение (линейное) UНОМ, кВ | 6 | 10 | 20 | 35 | 110 | 220 | 330 | 500 | 750 | 1 150 |
| Наибольшее рабочее напряжение (линейное), кВ | 7,2 | 12 | 24 | 40,5 | 126 | 242 | 363 | 525 | 787 | 1 200 |
| Превышение наибольшего рабочего напряжения над номинальным напряжением, % | 20 | 20 | 20 | 15 | 15 | 10 | 10 | 5 | 5 | 5 |
Кроме того, ограничение по наибольшему рабочему напряжению электрооборудования диктуется надежностью работы изоляции электрооборудования, т. к. постоянно повышенное напряжение вызывает ускоренное старение изоляции и выход ее из строя. У большинства потребителей электроэнергии допускаются длительные отклонения напряжения от номинального не более чем на ±5%. Превышение номинального напряжения приводит к сокращению срока службы оборудования, уменьшение снижает производительность и экономичность электроприемников, пропускную способность линий электропередачи, может нарушить устойчивость работы синхронных и асинхронных электродвигателей.
Как видно из таблицы 1, с повышением номинального напряжения допустимые повышения напряжения уменьшаются с 20 до 5%. Это связано с ростом стоимости изоляции в установках более высоких напряжений, минимизацией затрат на изоляцию и выполнением оборудования практически на номинальное напряжение.
Допустимые снижения напряжения в энергосистеме также лимитированы и составляют от 10 до 15%. Как мы видим, в электросетях возможны колебания напряжения от -15 до +20%. Поэтому при изменении параметров схемы, величины нагрузки, и режима работы электрической сети необходимо регулировать уровень напряжения посредством технических мероприятий.
Как известно, напряжение у потребителя определяется формулой:
U = UЦП − (PНRЭ + QНXЭ) / UН,
где: UЦП — напряжение центра питания;
РН и QН — активная и реактивная мощность нагрузки потребителя;
RЭ и XЭ — эквивалентное активное и индуктивное сопротивление между центром питания и потребителем.
Из приведенной формулы видно, что можно влиять на напряжение у потребителя, изменяя реактивную мощность QН, например, регулируя ее с помощью батареи статических конденсаторов.
Задачи, решаемые установкой БСК
Используя установки, удается успешно решать ряд следующих проблем:
- Снижение энергопотерь;
- Выравнивание уровня напряжение;
- Улучшение качества электроэнергии;
- Уменьшение использования реактивной энергии;
- Возрастание пропускной способности действующих электросетей без использования мощностей силовых установок;
- Сохранение устойчивости узлов системы электрического снабжения.
| Современное производство | Индивидуальный заказ | Все батареи в наличии |
БАТАРЕИ СТАТИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРОВ БСК И БЛОКИ КОНДЕНСАТОРОВ ТИПА БКЭ
Предназначены для комплектации шунтовых батарей напряжением 6; 10; 35; 110 и 220 кВ частоты 50 Гц.
| Типономинал | Напряжение, кВ | Мощность, квар | Емкость, мкФ | Габаритные размеры (длина х ширина х высота), мм | Масса, кг |
| БКЭ1-1,05-252 У1 | 1,05 | 252 | 728 | 900 х 580 х 575 | 150 |
| БКЭ1-1,05-300 У1 | 300 | 866 | |||
| БКЭ1-2,1-400 У1 | 2,1 | 400 | 289 | ||
| БКЭ2-1,05-500 У1 | 1,05 | 500 | 1444 | 900 х 580 х 910 | 260 |
| БКЭ2-1,05-600 У1 | 600 | 1732 | |||
| БКЭ2-2,1-800 У1 | 2,1 | 800 | 578 |
Снижение потерь при передаче электроэнергии с помощью БСК
Доля технологических потерь электроэнергии в распределительных электрических сетях напряжением 6—10 кВ в среднем составляет 8—12% от величины электроэнергии, отпущенной в сеть данного напряжения. Величина потерь электроэнергии определяется параметрами электрической схемы, конструкцией сетей и режимом нагрузки. Как показали расчеты для реальных сетей 10 кВ, потери электроэнергии существенно зависят от величины реактивной мощности, передаваемой потребителям по элементам сети. Например, при изменении коэффициента мощности (tg φ) от 0,5 до 0,8 потери электроэнергии увеличиваются примерно на 20%.
Анализ показаний счетчиков активной и реактивной электроэнергии показал, что значения коэффициентов мощности на шинах 10 кВ источников питания и на подстанциях 35—110/10 кВ изменяются в процессе эксплуатации и достигают значений 0,77—0,85. То есть, потери электроэнергии при передаче реактивной мощности становятся существенными.
| Номенклатура БСК и КРМ | Мощность |
| КРМ 0,4—0,66 кВ | 50—2000 кВАр |
| БСК 6—10 кВ | 5—50 МВАр |
| БСК 35 кВ | 10—50 МВАр |
| БСК 110 кВ | 20—60 МВАр |
| БСК 220 кВ | 52—104 МВАр |
Эффективным способом снижения потерь электрической энергии в сетях 10 кВ является установка батарей статических конденсаторов.
Выбор мощности и мест установки компенсирующих устройств проводится по условию минимума приведенных затрат с учетом стоимости компенсирующих устройств и ожидаемой экономии от снижения потерь электрической энергии.
| Технические характеристики БСК 104 МВАр 220 кВ | |
| Мощность, МВАр | 104 |
| Напряжение, кВ | 220 |
| Частота, Гц | 50 |
| Номинальный ток, А | 272,9 |
| Емкость, мкФ | 6,84 (одного конденсатора 27,37) 0..+5% |
| Окружающая температура | от -50 до +50°С |
| Относительная влажность, % | до 90 |
| Высота над уровнем моря, м | до 1000 |
| Защита | Предохранители, встроенные в конденсаторы. Несбалансированный ток (ТФЗМ-220) – 3 шт. Токоограничивающие реакторы – 3 шт. |
| Количество стоек | 3 |
| Вес, кг | 22 200 |
| Габариты Д × Ш × В, мм | 16 500 × 1 970 × 9 200 |
| Габариты Д × Ш × В, мм | 22 500 × 22 500 (по ограждению) |
| Соединение: — последовательных групп — параллельных блоков — последовательных групп | 16 2 2 |
| Всего конденсаторов | 192 |
| Режим работы нейтрали | Глухозаземленная нейтраль |
| Конструкция | Модульная, соединение конденсаторов в звезду с глухозаземленной нейтралью, две параллельные группы конденсаторов для каждой фазы звезды, в каждой группе 16 конденсаторов, работающих последовательно, по 2 конденсатора в группе |
| Конденсаторы | Однофазные 542 кВАр / 7,94 кВ / 50 Гц со встроенными предохранителями |
Предохранители в БСК Батареях
| Батарея с внешним предохранителем | Батарея с внутренними предохранителями | Батарея без предохранителей |
Конструктивные особенности батарей статических конденсаторов
В настоящее время пользуются повышенным спросом БСК открытого исполнения для использования непосредственно на ОРУ. При этом не требуется возводить ряд дополнительных строений. Устройства, которые производятся силами ООО «НПО ПромЭлектроАвтоматика» в полной мере удовлетворяют требования соответствующих стандартов. Они соответствуют всем техническим требованиям, которые предъявляются в отношении устройств по стойкости к негативному воздействию климата. Комплектация агрегатов предусматривает наличие конденсатора типа КЭПФ (с одной фазой). Внутри него размещаются плавкие предохранители, обеспечивающие выявление мест, в которых произошел сбой работы. При этом конденсатор продолжает функционировать. Это позволяет обеспечивать бесперебойный характер работы всех устройств в течение длительного периода времени. Конденсаторы находятся непосредственно в каркасах из металла, которые производятся из специальных материалов. У них имеется антикорриозное покрытие, которое защищает его от негативного воздействия окружающей среды. Изоляция конденсаторов произведена исходя из возможностей корпусов устройства. Электросоединения конденсаторов производятся гибкими проводами с множеством жил и ошиновкой. Гибкие же проводники соединяются с использованием плашечного зажима, который был специально разработан для этого. Это позволяет избежать окисления. Также стоит отметить использование специальной электропроводной смазки, что обеспечивает минимальный уровень сопротивления.
Все БСК имеют связь между собой для сигнализирования о возникновении чрезвычайной ситуации и ошибках во время их использования. В случае возникновения механического воздействия на секцию конденсатора в случае наступления чрезвычайной ситуации происходит перегорание предохранителя, находящегося внутри. Это ведет к трансформации емкости одного из имеющихся плеч батареи. В дальнейшем в проводнике происходит перемещение тока небаланса, контролируемый специальным реле. Непосредственно он приводит в действие сигнализацию, свидетельствующую о возникновении нестандартной ситуации в работе устройства. Наименьший уровень тока данного типа возникает при формировании плана размещения конденсаторов в индивидуальном порядке для каждой единицы.
По требованию заказчика могут быть разработаны и изготовлены блоки конденсаторов для высоковольтных шунтовых батарей на другие напряжения и мощности как с вертикальным, так и с горизонтальным расположением конденсаторов в блоках. Батареи статических конденсаторов БСК на напряжение 35; 110 и 220 кВ разрабатываются и изготавливаются по индивидуальному требованию заказчика.
| № | Обозначение типономинала батареи | Напряжение номинальное, кВ | Напряжение максимально допустимое, кВ | Емкость номинальная, мкФ | Мощность номинальная, МВАр |
| 1 | БСК-6-2,7 УХЛ1 | 6 | 7,2 | 238,73 | 2,7 |
| 2 | БСК-6-4 УХЛ1 | 353,68 | 4 | ||
| 3 | БСК-6-5,4 УХЛ1 | 477,46 | 5,4 | ||
| 4 | БСК-6-6 УХЛ1 | 530,52 | 6 | ||
| 5 | БСК-6-6,7 УХЛ1 | 592,41 | 6,7 | ||
| 6 | БСК-6-8 УХЛ1 | 707,36 | 8 | ||
| 7 | БСК-6-9,4 УХЛ1 | 831,14 | 9,4 | ||
| 8 | БСК-6-10 УХЛ1 | 884,19 | 10 | ||
| 9 | БСК-6-12 УХЛ1 | 1061,03 | 12 | ||
| 10 | БСК-6-13,5 УХЛ1 | ||||
| 11 | БСК-10-2,5 УХЛ1 | 10 | 12 | 79,58 | 2,5 |
| 12 | БСК-10-3,75 УХЛ1 | 119,37 | 3,75 | ||
| 13 | БСК-10-5 УХЛ1 | 159,15 | 5 | ||
| 14 | БСК-10-5,65 УХЛ1 | 179,85 | 5,65 | ||
| 15 | БСК-10-7,5 УХЛ1 | 238,73 | 7,5 | ||
| 16 | БСК-10-8,75 УХЛ1 | 278,52 | 8,75 | ||
| 17 | БСК-10-10 УХЛ1 | 318,31 | 10 | ||
| 18 | БСК-10-11,25 УХЛ1 | 358,10 | 11,3 | ||
| 19 | БСК-10-12,5 УХЛ1 | 366,06 | 11,5 | ||
| 20 | БСК-10-13,15 УХЛ1 | 418,58 | 13,2 | ||
| 21 | БСК-10-15 УХЛ1 | 10 | 12 | 477,46 | 15 |
| 22 | БСК-35-3,8 УХЛ1 | 35 | 40,5 | 9,87 | 3,8 |
| 23 | БСК-35-5,1 УХЛ1 | 13,25 | 5,1 | ||
| 24 | БСК-35-7,6 УХЛ1 | 19,75 | 7,6 | ||
| 25 | БСК-35-10,2 УХЛ1 | 26,50 | 10,2 | ||
| 26 | БСК-35-11,4 УХЛ1 | 29,62 | 11,4 | ||
| 27 | БСК-35-15,2 УХЛ1 | 39,50 | 15,2 | ||
| 28 | БСК-35-19 УХЛ1 | 49,37 | 19 | ||
| 29 | БСК-110-12,5 УХЛ1 | 110 | 126 | 3,29 | 12,5 |
| 30 | БСК-110-17 УХЛ1 | 4,47 | 17 | ||
| 31 | БСК-110-25 УХЛ1 | 6,58 | 25 | ||
| 32 | БСК-110-34 УХЛ1 | 8,94 | 34 | ||
| 33 | БСК-110-37,5 УХЛ1 | 9,86 | 37,5 | ||
| 34 | БСК-110-50 УХЛ1 | 13,15 | 50 | ||
| 35 | БСК-110-63 УХЛ1 | 16,57 | 63 | ||
| 36 | БСК-110-67 УХЛ1 | 17,63 | 67 | ||
| 37 | БСК-110-75 УХЛ1 | 19,73 | 75 | ||
| 38 | БСК-110-84 УХЛ1 | 22,10 | 84 | ||
| 39 | БСК-110-91 УХЛ1 | 23,94 | 91 | ||
| 40 | БСК-110-100 УХЛ1 | 26,31 | 100 | ||
| 41 | БСК-110-113 УХЛ1 | 29,73 | 113 | ||
| 42 | БСК-110-125 УХЛ1 | 32,88 | 125 | ||
| 43 | БСК-110-134 УХЛ1 | 35,25 | 134 | ||
| 44 | БСК-110-143 УХЛ1 | 37,62 | 143 | ||
| 45 | БСК-110-156 УХЛ1 | 41,04 | 156 | ||
| 46 | БСК-220-25 УХЛ1 | 220 | 252 | 1,64 | 25 |
| 47 | БСК-220-33,5 УХЛ1 | 2,20 | 33,5 | ||
| 48 | БСК-220-50 УХЛ1 | 3,29 | 50 | ||
| 49 | БСК-220-67 УХЛ1 | 4,41 | 67 | ||
| 50 | БСК-220-75 УХЛ1 | 4,93 | 75 | ||
| 51 | БСК-220-100 УХЛ1 | 6,58 | 100 | ||
| 52 | БСК-220-125 УХЛ1 | 8,22 | 125 | ||
| 53 | БСК-220-134 УХЛ1 | 8,81 | 134 | ||
| 54 | БСК-220-150 УХЛ1 | 9,86 | 150 |
Строение и характеристики конденсаторных батарей
Для изготовления требуется несколько конденсаторов. Их соединяют последовательно. Данные радио детали выпускаются разной мощностью и под разное напряжение.
Что такое конденсаторная батарея? Это по сути соединенные друг за другом конденсаторы. Их соединение может быть последовательным, параллельным или смешанным.
Что же такое конденсатор?
По сути это деталь, состоящая из двух проводящих пластин, разделенных диэлектриком пополам. Это устройство накапливает энергию и отдает ее. Причем процесс происходит очень быстро. Если зарядить конденсатор на 1000 микрофарад напряжением 25 вольт и подсоединить к нему светодиод. Прогорит он всего лишь 5-10 секунд.
Опытным путем было выяснено что в момент заряда вокруг проводников появляется электрическое поле. Увеличение заряда происходит за счет большой емкости и повышения напряжения. Емкость увеличивается в следствие увеличения размера проводников из которых состоит конденсатор. Так же она будет большой если проводники расположены очень близко друг к другу.
Между проводниками находится изолирующий материал. В его роли обычно выступает бумага, пленка или просто воздух. Все это электричество практически не проводит. Следует тщательно подбирать диэлектрик, так как при высоком токе он должен обеспечивать надежную изоляцию. Даже если будет толщиной всего 10-15 мкм.
Качество изолятора зависит от проницаемости или способности накапливать заряд. К примеру проницаемость бумаги равна 3,54, а пленки от 2,5-2,7.
Схема «Н-типа»
Естественно, что комплектация батарей производится исходя из потребностей, которые предъявляются заказчиком. Устройства состоят из каркаса, произведенного из специальных видов металлов, в котором размещаются конденсаторы. Для защиты конденсаторов покрывают оцинкованием. Также в корпусе устройства находятся различные типы изоляторов, ошиновка, устройства для измерения силы тока, агрегаты для усиления защиты устройства, реакторы, которые ограничивают ток и набор фурнитуры. Продукция предприятия может поставляться как в собранном, так и в разобранном виде. Конечный сбор производится под контролем руководителя инженерной службы предприятия. Долгие годы успешного производства батарей позволяет в значительной степени упростить монтаж, уменьшив временные и материальные затраты на установку устройства. Таким образом, продукция предприятия отличается своим качеством и приемлемой стоимостью.
Конструкция
БСК состоит из групп силовых конденсаторов, собранных в стальные несущие блоки, закрепленные на полимерных изоляторах. БСК выполняется на трех стойках с размещенными на них конденсаторами, токоограничивающими реакторами и трансформаторами тока. Между стойками БСК предусмотрены 6-метровые проезды для автокрана, предназначенные для монтажа блоков конденсаторов.
БСК поставляется в исполнении У1 для температур от -55 до +45°С. Для более низких температур БСК монтируется в утепленном быстровозводимом здании. Стальные конструкции выполняются из сварных профилей, защищенных от коррозии гальваническим цинкованием (цинковое покрытие — не менее 650 г/м2). Конструкции собраны в блоки по 6—8 конденсаторов, монтируются на месте и имеют в комплекте крепеж, наконечники и медные шины для соединения конденсаторов, а также гибкие медные переходы. В БСК применяются силовые конденсаторы 700 кВАр / 6—10 кВ, 560 кВАр / 11,7 кВ для напряжений 35 кВ, 542 кВАр / 7,94 кВ для напряжений 110—220 кВ с двумя фарфоровыми изоляторами и встроенными предохранителями.
Трансформаторы тока ТФЗМ (по 1 на фазу) подключены первичной обмоткой в разрыв двух параллельных групп, и в случае разбаланса выдают сигнал на устройства РЗА для отключения головного выключателя. Токоограничивающие реакторы (по 1 на фазу) ограничивают ток при включении БСК. Соединения выполнены гибкой медной шиной, для предотвращения повреждения изоляторов при температурном расширении/сжатии либо при воздействии электродинамических сил.
При заказе БСК указывается мощность батареи, номинальное напряжение и ток КЗ на месте установки, тип и количество конденсаторов в батарее, категория размещения и климатическое исполнение.
Виктор ИТКИН, технический директор ЗАО «Матик-электро».
Отличительные черты БСК ООО «НПО ПромЭлектроАвтоматика»
Вся продукция предприятия проходит обязательную аттестацию. У них адекватная стоимость, которая быстро окупается. Благодаря долгим годам функционирования устройства, произведенные ООО «НПО ПромЭлектроАвтоматика» отличаются надежность и будут служить в течение долгих лет жизни. Устройства разрабатываются исходя из индивидуальных требований заказчиков, что позволяет учесть все нюансы. Реализация многочисленных проектов, которые реализуются во многих странах мира, подтверждает успешность работы ООО «НПО ПромЭлектроАвтоматика». Большое внимание в работе предприятия уделяется контролю качества. Вся продукция проходит обязательное тестирование, которое подтверждает его возможности дальнейшего использования и применения. Если вас заинтересовали БСК, то вы можете связаться с нами по указанным телефонным номерам. Вы сможете задать интересующие вас вопросы, которые касаются наших товаров. Ниже находится каталог продукции, где вы можете скачать. Здесь представленные различные виды БСК, из которых вы сможете подобрать интересующие вас модели устройств.
БСК-35-15 БСК-6,3-9,2 БСК-12,64-7,2 БСК-103-30 БСК-103-30
