Статические конденсаторы: что это?
Компенсатор реактивной мощности
Электрическая сеть централизованного электроснабжения основана на генерации электрической энергии с переменными напряжениями и токами. Используемые в науке и технике теории для количественных и качественных оценок процессов в этой электрической сети рассматривают электрическую мощность как сумму активной и реактивной составляющих. Эти составляющие электрической мощности существуют потому, что потребовалось разделить работу, выполняемую теми или иными подключенными к сети устройствами на две составляющие — полезную и бесполезную.
Например, конденсатор, который подключен к электросети, никакой полезной работы не выполняет. Аналогично не выполняет никакой полезной работы и ненагруженный трансформатор. Но, тем не менее, напряжение на их клеммах есть, токи через них протекают, следовательно, существует и соответствующая электрическая мощность. В связи с тем, что индуктивность и ёмкость вызывают смещение во времени напряжения и тока относительно друг друга, применяются специальные устройства для уменьшения этого смещения.
Они называются компенсаторами реактивной мощности. Их использование увеличивает коэффициент полезного действия системы централизованного электроснабжения. Статические конденсаторы являются эффективной разновидностью компенсаторов реактивной мощности. Они могут быть легко соединены друг с другом для увеличения ёмкости наилучшим образом соответствующей решаемой задаче. Отсутствие в них перемещающихся и вращающихся деталей обеспечивают простое обслуживание и продолжительную работу.
Особенности конструкции и использования
Для компенсации реактивной мощность необходима ёмкость существенно большая, чем технически осуществимая в одном конденсаторе. Поэтому последние соединяют в группы, называемые конденсаторными батареями. Таких групп делается несколько. Это обеспечивает ступенчатое регулирование реактивной мощности. Для эффективной работы конденсатора из-за проблем получения большой единичной ёмкости рабочие напряжения должны быть по как можно больше, а рабочие токи – как можно меньше. Реактивная мощность статического конденсатора определяется формулой:
Наиболее часто в конденсаторах для работы в диапазоне напряжений от 3,6 до 10 кВ для обкладок используется алюминиевая фольга с прокладками, пропитанными трансформаторным маслом или иным жидким диэлектриком. Такие конденсаторы имеют трёхфазную конструкцию. Наиболее эффективным местом расположения конденсаторных батарей являются распределительные подстанции. На них эти батареи устанавливаются и на низкой стороне для напряжений от 220 – 500 В.
Но здесь обычно применяются конденсаторы в однофазном исполнении. Конструктивно они разделяются для наружного и внутреннего расположения. Существуют также мобильные конденсаторные батареи. Их можно использовать по месту, где их работа оказывается наиболее эффективной.
Ещё одним назначением конденсаторных батарей является так называемая продольная компенсация в линиях электропередачи. Поскольку они обладают индуктивностью, подключение к ним конденсаторных батарей уменьшает реактивную составляющую их импеданса. Это позволяет эффективно воздействовать на падение напряжения в линиях электропередачи и получать реактивную составляющую импеданса по величине близкой к нулю.
Однако применение продольной компенсации оправдано не только на линиях электропередачи, но и на промышленных предприятиях. Устанавливая такие батареи отдельно для каждой фазы, и коммутируя избирательно каждую из них, появляется возможность влиять на фазные напряжения. Для этого применяется схема, показанная на изображении ниже:
Поскольку в такой схеме при коротких замыканиях возникают перенапряжения, для защиты конденсаторов применяется разрядник. Резистор в схеме имеет сопротивление от 0,3 до 0,7 Ом, а цепь с разрядником, резистором и катушкой контактора рассчитывается на токи в пределах от 50 до 100 А. При перенапряжении на разряднике появится вольтова дуга. Контактор сработает и зашунтирует конденсаторы. Трансформатор напряжения в схеме является измерительным и одновременно обеспечивает разряд конденсаторов.
Применение установок продольной компенсации позволяет пропускать через линии электропередачи большее количество электрической энергии примерно в 1,3 – 1,5 раз. А потери активной мощности при этом уменьшаются почти на 10%.
Несмотря на затраты такие конденсаторные батареи для внутренней установки окупаются в течение двух – трёх лет.
