Как рассчитать мощность конденсаторной установки

Практически каждое предприятие-потребитель электроэнергии сталкивалось с необходимостью использования конденсаторных установок (УКРМ) для компенсации реактивной мощности.

Как правильно рассчитать мощность конденсаторной установки? В Интернете можно найти множество сайтов с описанием методики расчета, однако зачастую эти расчеты приводят к абсурдным результатам.

Здесь мы рассмотрим два подхода к расчету мощности конденсаторной установки и попытаемся понять, какой из них наиболее подходит в том или ином случае. При расчетах мы будем в практическом плане ориентироваться на УКРМ 0,4 кВ, хотя аналогичные расчеты можно провести и для конденсаторных установок 6-10 кВ.

Расчет по требуемому коэффициенту мощности с использованием номограмм

Подавляющее большинство описанных в Интернете методов расчета мощности конденсаторных установок опираются на этот подход (см. книгу В.П.Ильяшов. Автоматическое регулирование мощности конденсаторных установок. 1977).

Для определения мощности конденсаторной установки используется следующая формула

Q = P * K

где Q - реактивная мощность конденсаторной установки; P - активная мощность компенсируемого потребителя; K - коэффициент, вычисляемый из соотношения естественного и требуемого коэффициента мощности (cos φ).

Коэффициент К вычисляется по номограмме (см. рис.) либо по аналогичной таблице.

Номограмма показывает, исходя из значений естественного и требуемого коэффициента мощности (cos φ), необходимую удельную реактивную мощность конденсаторной установки в расчете на единицу потребляемой активной мощности.

Например, если естественный cos φ = 0,7, а заданная величина cos φ = 0,93 и активная нагрузка составляет 2500 кВА, то по кривым номограммы находим удельную величину потребной мощности конденсаторной установки, равную 0,62 кВАр/кВт; отсюда потребная мощность конденсаторной установки получается 0,62-2500=1550 кВАр. Запомним это значение.

Расчет на основе баланса мощности

В ряде случаев, например, если конденсаторная установка устанавлена на трансформаторной подстанции, при определении ее мощности необходимо учитывать характеристики снабжающей энергосистемы, то есть трансформатора.

В принятых в СССР в 1974 году "Указаниях по компенсации реактивной мощности в распределительных сетях" были установлены исходные данные для определения мощности компенсирующих устройств, которые определяются предельными величинами реактивной мощности и могут быть переданы потребителю от энергосистемы в режимах наибольших и наименьших реактивных нагрузок (Б.Ю.Липкин. Электроснабжение промышленных предприятий и установок, 1981).

Мощность Q компенсирующего устройства определяется как разность между фактической наибольшей реактивной мощностью Q1 нагрузки потребителя и предельной реактивной мощностью Q2, предоставляемой предприятию энергосистемой по условиям режима ее работы:

Q = Q1 - Q2 = P (tg φ1 - tg φ2)

где P - мощность активной нагрузки потребителя, tg φ1 - фактический (естественный) тангенс угла, соответствующего коэффициенту мощности cos φ1, а tg φ2 - оптимальный (требуемый) тангенс угла, соответствующий коэффициенту мощности, установленному потртебителю условиями снабжающей энергосистемы (трансформатора).

В рассмотренном выше примере активная мощность трансформатора составляет 2500 кВА, а его реактивная мощность (по паспортным данным) - 1900 кВА. В результате, поскольку часть реактивной мощности поставляется трансформатором, компенсации подлежит только разница реактивной мощности в 650 кВА, что более, чем в два раза меньше значения, полученного первым методом.

Сравнение расчетов и выводы

Рассчитанная по первому методу требуемая мощность кондесаторной установки выглядит завышенной. Стоимость конденсаторной установки для рассмотренного в примере значения активной мощности 2500 кВА составит более 750 тыс. руб., что соответсвует почти 20% стоимости всей подстанции.

Причина завышения результата состоит в том, что этот метод расчета не принимает во внимание характеристики снабжающей энергосистемы, предполагая ее составе только активную мощность. В действительности, как показывает второй метод расчета, снабжающая энергосистема может обладать гораздо большей мощностью и включать не только активную но и реактивную составляющую. Учет этого обстоятельства позволяет значительно снизить требования к мощности конденсаторной установки и сэкономить значительные средства.