Методика выбора устройств компенсации реактивной мощности (КРМ) заключается в выборе устройств, позволяющих улучшить коэффициент мощности потребителя до требуемого значения и состоит из следующих этапов:

  • выбор места установки устройства КРМ;
  • вычисление мощности устройства КРМ;
  • проведение необходимых проверок и расчетов;
  • собственно выбор устройства КРМ.

Выбор места установки устройства КРМ

В зависимости от особенностей конкретной электроустановки устройства КРМ могут быть установлены, как показано на рис. 1.

Рис.1 – Выбор места установки устройства КРМ

Рис.1 – Выбор места установки устройства КРМ

  1. На вводе на стороне СН.
  2. На главной распределительной шине.
  3. На вторичной распределительной шине.
  4. Индивидуальные конденсаторы нагрузок.

Вычисление мощности устройства КРМ, проведение необходимых проверок и расчетов

В общем случае мощность устройства КРМ определяется по формуле:

Формула по определению мощности устройства КРМ

где:

  • Kc = tgϕ1 — tgϕ2;
  • Qc – мощность установки КРМ;
  • P – активная мощность;
  • tgϕ1 – фактический тангенс угла до применения установки КРМ;
  • tgϕ2 – требуемый тангенс угла;
  • Кс – расчетный коэффициент.

Для определения коэффициента Кс существует специальная таблица по которой, зная cosϕ1 и cosϕ2, можно определить данный коэффициент, не прибегая к математическим вычислениям.

Способ вычисления активной мощности P, а также проведение необходимых проверок и расчетов устройства КРМ зависит от места его установки. Дальше будет приведен пример ее вычисления в случае установки устройства КРМ на главной распределительной шине.

Выбор устройства КРМ

Устройства КРМ выбираются по следующим техническим характеристикам:

  • номинальная мощность;
  • номинальное напряжение;
  • номинальный ток;
  • количество подключаемых ступеней;
  • необходимость защиты от резонансных явлений с помощью реакторов.

Необходимая мощность набирается ступенями по 25 и 50 квар, при этом количество ступеней не должно превышать количество выходов контроллера, устанавливаемого в установку КРМ, так как к каждому выходу может быть подключена одна ступень.

Количество выходов контроллера обозначается цифрой, например, RVC6 (фирмы АББ) имеет 6 выходов.

В случае необходимости защиты от резонансных явлений требуется применение защитных реакторов (трехфазных дросселей), в таком случае должны выбираться установки, например типа MNS MCR и LK ACUL (фирмы АББ).

Пример выбора устройств КРМ

Ниже приведен пример выбора устройств КРМ для сети, показанной на рис.2.

Рис.2 – Однолинейная схема ГРЩ без УКРМ

Рис.2 – Однолинейная схема ГРЩ без УКРМ

Технические характеристики устройств, образующих сеть, следующие:

Питающая сеть:

  • Номинальное напряжение 10 кВ;
  • Частота 50 Гц;
  • Коэффициент мощности cosϕ = 0,75;

Трансформаторы 1, 2:

  • Номинальное напряжение первичной обмотки 10 кВ;
  • Номинальное напряжение вторичной обмотки 400 В;
  • Номинальная мощность S = 800 кВА;

Данные по кабелям и нагрузкам, подключаемым через вторичные распределительные щиты, представлены в таблице 1. Таблица 1

Таблица 1 - Данные по кабелям и нагрузкам, подключаемым через вторичные распределительные щиты

Выбор места установки устройства КРМ

В качестве места установки устройств КРМ приняты главные распределительные шины, как показано на рис. 3.

Рис.3 – Однолинейная схема ГРЩ с УКРМ

Рис.3 – Однолинейная схема ГРЩ с УКРМ

1. Требуемые мощности устройств определим по формуле:

Формула по определению мощности устройства КРМ

2. Суммарные активные мощности нагрузок, получающих питание от каждого из двух трансформаторов, определим по формуле:

Формула по определению суммарной нагрузки ГРЩ

подставив значения из таблицы 1, получим:

  • суммарная нагрузка на первый трансформатор:
Формула по определению суммарной нагрузки ГРЩ 1 секции
  • суммарная нагрузка на второй трансформатор:
Формула по определению суммарной нагрузки ГРЩ 2 секции

3. Определяем средневзвешенный cosφ для первого трансформатора по формуле:

Определяем средневзвешенный cosφ для первого трансформатора

4. Определяем средневзвешенный cosφ для второго трансформатора по формуле:

Определяем средневзвешенный cosφ для второго трансформатора

5. Определим коэффициент Кс при помощи таблицы 2, учитывая, что требуемый cosφ2 = 0,95.

Таблица 2 - определение коэффициента Кс

Получим:

  • для первого устройства КРМ Кс1 = 0,474;
  • для второго устройства КРМ Кс2 = 0,526.

6. Зная для каждого трансформатора Кс и P, определим требуемые мощности устройств КРМ:

  • для первого трансформатора:
Определим требуемые мощности устройств КРМ для первого трансформатора
  • для второго трансформатора:
Определим требуемые мощности устройств КРМ для второго трансформатора

Расчет мощности устройства КРМ на основе баланса мощности

7. Определим мощность устройства КРМ по формуле [Л5. с 229]. • для первого трансформатора:

Определим мощность устройства КРМ для первого трансформатора
  • для второго трансформатора:
Определим мощность устройства КРМ для второго трансформатора

где:

  • Р – суммарная нагрузка на трансформатор, кВт;
  • tgϕ1 – фактический тангенс угла до применения установки КРМ;
  • tgϕ2 – требуемый тангенс угла;

8. Определяем tgϕ1 и tgϕ2 зная cosϕ1 и cosϕ2:

  • для первого трансформатора tgϕ1:
Определяем tgϕ1 для первого трансформатора
  • для первого и второго трансформатора tgϕ2:
Определяем tgϕ2 для первого и второго трансформатора
  • для второго трансформатора tgϕ1:
Определяем tgϕ1 для второго трансформатора

Как видно из двух вариантов расчета мощности КРМ, значения требуемой мощности практически не отличаются. Какой из вариантов выбора мощности устройства КРМ использовать, решайте сами. Я принимай мощность устройства КРМ по варианту с определением коэффициента Кс по таблице 2.

Соответственно принятая требуемая мощность устройства КРМ составляет 270 и 300 квар.

9. Рассчитаем номинальный ток устройства КРМ для первого трансформатора:

Номинальный ток устройства КРМ для первого трансформатора

10. Рассчитаем номинальный ток устройства КРМ для второго трансформатора:

Номинальный ток устройства КРМ для второго трансформатора

Защита УКРМ

При выборе автоматических выключателей для защиты устройства КРМ, нужно руководствоваться ПУЭ 7-издание пункт 5.6.15. Согласно которому аппараты и токоведущие части в цепи конденсаторной батареи должны допускать длительное прохождение тока, составляющего 130% номинального тока батареи.

Определяем уставку по защите от перегрузки:

  • для УКРМ1: 390*1,3 = 507 А;
  • для УКРМ2: 434*1,3 = 564 А

Уставка защиты от КЗ должна быть нечувствительна к броску тока. Уставка составляет 10 x In.

Определяем уставку защиты от КЗ:

  • для УКРМ1: 390 x 10 = 3900 А;
  • для УКРМ2: 434 x 10 = 4340 А

Проверка установки КРМ на отсутствие резонанса

В данном примере проверка установки КРМ на отсутствие резонанса не выполнялась, из-за отсутствия нелинейной нагрузки, а также отсутствия существенных искажений в сети 10 кВ.

В случае же, если у Вас преобладает нелинейная нагрузка, нужно выполнить проверку УКРМ на отсутствие резонанса, а также выполнить расчет качества электрической энергии после установки УКРМ и загрузку батарей статических конденсаторов (БСК).

Для удобства расчета по выбору устройства компенсации реактивной мощности, я к данной статье прикладываю архив со всей технической литературой, которую использовал при выборе УКРМ.

Литература:

1. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Седьмое издание. 2008г.
2. Учебное пособие по электроустановкам от фирмы АВВ. 2007г.
3. Справочник по компенсации реактивной мощности от фирмы RTR-Energia.
4. Выпуск № 21. Руководство по компенсации реактивной мощности с учетом влияния гармоник от фирмы Schneider Electric. 2008г.
5. Б.Ю.Липкин. Электроснабжение промышленных предприятий и установок, 1990 г.