Конденсаторные установки 6,3 (10,5) кВ используются в энергосетях крупных объектов разного назначения и/или на конечных подстанциях электросетевых компаний и ориентированы на решение задач энергосбережения и энергоэффективности путем устранения необходимости транспортировки реактивной составляющей мощности потребителю от генерирующего оборудования электростанций.

Снижение объемов балластных (или паразитных) перетоков реактивной мощности в распределительных сетях позволяет электросетевым компаниям:

• увеличить число потребителей электроэнергии при той же пропускной способности сетей и без наращивания объемов получаемой мощности от энергосбытовых организаций, в том числе без перетоков мощности из других энергосистем;
 
• снизить количество отказов абонентам на подключение к распределительной сети за счет увеличения доли активной мощности;
 
• повысить техническую и экономическую эффективность распределительных сетей;
 
• улучшить качество передаваемой электроэнергии и повысить устойчивость энергосетей путем снижения искажений по току THD I и напряжению THD U до величин, регламентированных отечественными и международными стандартами.

Конденсаторные установки 6,3 (10,5) кВ выгодны потребителям, поскольку позволяют:

 
• наращивать производственные мощности при стабильной потребляемой полной мощности из распределительной сети за счет уменьшения объемов паразитной реактивной мощности;
 
• повысить качество электроэнергии и эффективность своей сети.

Важно: На текущий момент основные способы компенсации реактивной мощности на границе сетей среднего и низкого напряжений можно условно разделить на:

• централизованную компенсацию реактивной мощности на стороне высшего напряжения, при которой используются конденсаторные установки 6,3 (10,5) кВ (позиция «а» на рис. ниже). Как правило,  конденсаторные установки 6,3 (10,5) кВ устанавливаются на конечных подстанциях электросетевых компаний, что снижает перетоки реактивной мощности на участке 110 кВ – 10/6 кВ и стабилизирует распределительную сеть. А также на ветках сетей потребителей с нагрузками, работающими при напряжениях 6/10 кВ (электродвигатели и трансформаторы промышленных предприятий, теплосетей, водоснабжающих организаций, нефтехимических производств и т.д. – от 50 до 90% потребляемых мощностей).
  Важно: Подключение потребителей с высоковольтными нагрузками может быть выполнено, как на стороне высшего напряжения на подстанции 10 (6)/0.4 кВ, так и на стороне низшего напряжения на подстанциях 110 (35)/10 (6) кВ в зависимости от балансовой принадлежности подстанции и участка энергосистемы. Теоретически, если конденсаторные установки 6,3 (10,5) кВ установлены на стороне высшего напряжения или на границе балансовой принадлежности, то сокращения активных потерь не происходит (ΔП ≈ 0) и ряд преимуществ получает сетевая организация (см. выше). De facto при использовании конденсаторных установок 6,3 (10,5) кВ на стороне низшего напряжения в случае если граница балансовой принадлежности проходит по стороне 110 (35) кВ потребитель имеет стандартное сокращение активных потерь ΔП ≈ 0,01*Гп*Тс, где Гп – годовое потребление электроэнергии, а Тс – средний реализационный тариф на оплату активной энергии (руб/кВт ч). Тогда срок окупаемости компенсации реактивной мощности можно определить по формуле Ток = З/ΔП = З/(0,01*Гп*Тс), где З – стоимость конденсаторной установки;
• централизованную компенсацию реактивной мощности на стороне низшего напряжения («б» на рис. ниже) с применением КРМ/УКРМ 0.4 кВ, что увеличивает пропускную способность понижающего трансформатора ТП-6(10)/0,4 и снижает потери активной мощности (ΔП ≈ 0,01*Гп*Тс);
 
• групповую компенсацию реактивной мощности на стороне низшего напряжения («в» на рис. ниже) с применением КРМ/УКРМ 0.4 кВ непосредственно у потребителя при возможности выделения отдельных групп однородных нагрузок (ΔП ≈ 0,02*Гп*Тс);
• индивидуальную компенсацию реактивной мощности на стороне низшего напряжения («г» на рис. ниже) с применением КРМ/УКРМ 0.4 кВ для конкретных нагрузок на объекте, что дает возможность избирательной компенсации со снижением энергопотребления при неработающих нагрузках (ΔП ≈ 0,02*Гп*Тс).

Рис. Способы компенсации реактивной мощности на границе сетей среднего и низкого напряжений, где красным цветом обозначены участки сетей, загруженные потоками реактивной мощности, а зеленым - разгруженные от потоков реактивной мощности участки.

Важно: Если речь идет о групповой, а тем более индивидуальной компенсации реактивной мощности, то при расчете срока окупаемости компенсации реактивной мощности приходится учитывать общие (суммарные) затраты на интеграцию всех конденсаторных установок З=С1+С2+...+СN (здесь Сi - стоимость одной конденсаторной установки, N – количество конденсаторных установок). Поэтому, как правило, срок окупаемости централизованной компенсации значительно меньше, чем сроки окупаемости групповой или индивидуальной компенсации реактивной мощности.

Выбор коэффициента реактивной мощности конденсаторной установки 6,3 (10,5) кВ.

В «Приложении к Порядку расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств) потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии (договоры энергоснабжения)», утвержденном Приказом №49 Минпромэнерго России от 22.02.2007г., регламентированы предельные значения коэффициента реактивной мощности в зависимости от точки присоединения потребителя к электрической сети (табл. ниже).

Таблица. Предельные значения коэффициента реактивной мощности.

Это сделано не случайно, поскольку в любом сегменте энергосистемы (см. рис. ниже) возможны ситуации, как с недостатком, так и переизбытком реактивной мощности при которых передаваемая «натуральная» мощность отклоняется от своего номинального значения, что влечет за собой повышение или понижение сетевого напряжения и одинаково негативно для сети и эксплуатируемого оборудования:

• при Р < Рнат сетевое напряжение U превышает Uном (номинальное) и сеть нуждается в подключении устройства – эквивалентной индуктивности, потребляющей реактивную мощность. Эта ситуация возникает при перекомпенсации реактивной мощности конденсаторными установками с сosφ больше 0,96-0.97. Избыток реактивной мощности генерируется во внешнюю энергосистему и повышает сетевое напряжение со всеми негативными последствиями этого. Здесь следует отметить, что повышение сosφ на участке от 0.9 до 0.99 (см. график относительного изменения значения силы тока, протекающего по фазам сети в зависимости от cosφ ниже) дает понижение сетевого тока в пределах 3%, в то время, как мощность конденсаторной установки возрастает почти в два раза, а соответственно и ее стоимость;
• при Р > Рнат сетевое напряжение меньше Uном и в сеть нужно интегрировать эквивалентную емкость -  конденсаторные установки, генерирующие реактивную мощность.

Рис. Графики зависимости от коэффициента реактивной мощности cosφ относительного изменения (слева направо, сверху вниз) полной мощности Р, реактивной мощности Q, фазного тока I и активных потерь в проводах.

Т.е. оптимальными значениями коэффициента реактивной мощности для конденсаторной установки 6,3 (10,5) кВ будет интервал 0,9...0,93, причем только в случае обеспечения возможности эффективного и оперативного управления объемами генерируемой реактивной мощности.

Выбор конденсаторной установки 6,3 (10,5) кВ

Конденсаторные установки 6,3 (10,5) кВ в целом подбираются по:

• величине генерируемой реактивной мощности (максимальной и интервалу);
• климатическому исполнению и степени защиты (коду IP);
• возможности регулирования вырабатываемой мощностью – нерегулируемые и регулируемые с подключением/отключением модулей-ступеней с силовыми конденсаторами и другим оборудованием;
• скорости срабатывания отдельно взятой ступени, которая зависит от эффективности работы вакуумного контактора и типа используемых разрядных устройств на силовых конденсаторах;
  Справка: Время разряда силовых косинусных конденсаторов регламентировано в ГОСТ 1282-88 «Конденсаторы для повышения коэффициента мощности» и ГОСТ 27390-87 «Конденсаторы самовосстанавливающиеся для повышения коэффициента мощности» (конденсаторные установки – «ГОСТ 27389-87 Установки конденсаторные для компенсации реактивной мощности»). Для сокращения времени разряда трехфазных косинусных конденсаторов и практически мгновенного отключения конденсаторов от силовой сети используют разрядные модули сопротивлений, которые устанавливают между выводами конденсаторов. Дополнительно время разряда конденсатора (до 2-15 секунд) уменьшают включением через контакт вакуумного контактора быстроразрядных керамических резисторов. В конденсаторных установках 6,3 (10,5) кВ не используется тиристорная, а только контакторная коммутация.
 
• времени повторного срабатывания ступени после отключения;
• наличию/отсутствию фильтров высших гармоник.

В общем функции регулирования и/или фильтрации гармоник считают необходимыми при определенных соотношениях номинальной мощности силового питающего трансформатора (Sт), мощности потребителей-источников высших гармоник (Sиск) и номинальной мощности конденсаторной установки (Qс) (см. рис. ниже).

Важно: При выборе конденсаторных установок 6,3 (10,5) кВ следует выполнять экспертную диагностику сети по нелинейным искажениям тока THDI и напряжения THDU, причем анализировать искажения тока для гармоник высших порядков.

Таблица. Предельные значения нелинейных искажений тока THDI, в зависимости от тока короткого замыкания Iкз и максимального потребляемого тока I п. макс.