Одним из простых и дешевых способов компенсации реактивной мощности есть конденсаторные установки. Они просты по конструкции, малогабаритные и наиболее просты в управлении.
Они состоят из конденсаторов и коммутационной аппаратуры. Силовая часть может собираться по различным схемам (треугольник или звезда) в зависимости от условий и требований по эксплуатации.
В зависимости от мощности могут выполняться секционно (регулируемые). Схема конденсаторной установки приведена ниже:
Секционное исполнение позволяет подключать и отключать секции конденсаторных батарей в зависимости от изменения cosφ . Этот способ не очень удобен так как требует большего числа коммутирующего оборудования, которое нужно обслуживать. К тому же шаг изменения мощности ступеней может подбираться под различные требования.
Но при подключении конденсаторной установки большой мощности к сети может возникнуть большой бросок тока, обусловленный зарядкой конденсаторов. Для его ограничения используют либо добавочное сопротивление (резисторы), либо предохранители. При запуске секционного устройства в работу вводятся не все сразу конденсаторы, а разбиваются на секции и вводятся в работу постепенно.
Также этот способ очень удобен если на предприятие преобладает резко-переменная нагрузка (сварочные трансформаторы, моторы компрессоров и т.д.). Подключая-отключая секции можно держать cosφ примерно на одном уровне.
Если преобладает постоянная нагрузка (конвейер, изготовление бумаги, вентилятор) тогда используют нерегулируемые. Она просто подключается к сети и работает, отдавая энергию в сеть пока это требуется.
Конденсаторные установки изготавливаются на различные напряжения 0,4 кВ, 6 кВ, 10 кВ.
Если наибольшее количество реактивной составляющей потребляется на стороне 0,4 кВ, то имеет смысл компенсировать на стороне низкого напряжения. Это зависит от схемы электроснабжения:
При такой схеме снабжения компенсация происходит на стороне 0,4 кВ. Это позволит разгрузить питающий трансформатор и уменьшить суммарный ток в цепи 0,4 кВ.
При такой схеме включения целесообразнее компенсировать на стороне 6 кВ, 10 кВ, за исключением, когда реактивная мощность в цепи 0,4 кВ уж слишком высока. Тогда они могут устанавливаться на стороне 6 кВ, 10 кВ и 0,4 кВ.
Высоковольтные конденсаторные установки в обязательном порядке должны быть оснащены датчиками напряжения конденсаторов для безопасности работ по обслуживанию. После отключения от сети конденсаторные установки еще какое-то время способен хранить заряд. Для допуска людей к работе следует убедиться, что емкости разряжены. Для безопасности установки должны быть ограждены. Доступ к ним может осуществляться, только если напряжение не будет превышать допустимое значение.
Ниже на рисунках приведены результаты моделирования работы конденсаторных установок.
Как видим, при подключении компенсатора фазовый сдвиг уменьшился, cosφ>0.9.
Для промышленных предприятий cosφ не должен превышать 0,95, потому мощность компенсатора должна быть чуть меньше чем нагрузки, что бы не допустить генерацию энергии в сеть.
Если на предприятии преобладает резко-переменная нагрузка зачастую используют автоматические конденсаторные установки АКУ.
При выборе компенсатора следует исследовать гармонический состав сети. При работе различных преобразовательных устройств сеть искажается высшими гармониками. Это может приводить к перенапряжениям и сверхтокам в конденсаторах, из-за чего они могут быстро выйти из строя. Если гармонический состав цепи перенасыщен высшими гармониками, устанавливаются фильтро-компенсирующие устройства (ФКУ).