Если в схеме отсутствуют специальные компенсирующие конденсаторы, то коэффициент мощности комплекта люминесцентная лампа — ПРА при включении его в сеть весьма низок и находится в пределах 0,5 — 0,55. В схемах с последовательным включением двух ламп (например, ПРА типа 2АБЗ-40) коэффициент мощности достигает 0,7, а в двухламповых схемах, работающих по принципу "расщепленной фазы" (например, ПРА типа 2УБК-40) — 0,9 - 0,95.
При низком коэффициенте мощности увеличиваются токи в сети, что может потребовать увеличения сечения проводов, номинальных данных сетевых аппаратов и мощности трансформаторов. Несколько возрастают и потери в сети. По этим причинам ПУЭ до последнего времени требовали, чтобы уже в местах установки ламп коэффициент мощности повышался до 0,95.
В принципе возможна, однако, как индивидуальная компенсация реактивной мощности — непосредственно у ламп, так и групповая, когда конденсаторы устанавливаются у щитков и обслуживают целую группу ламп.
Групповая компенсация имеет определенные преимущества: групповые конденсаторы могут быть надежнее и долговечнее, чем используемые в настоящее время индивидуальные конденсаторы случайных типов, специально не предназначенные для данных условий применения. По результатам некоторых расчетов, групповая компенсация, кроме того, экономичнее индивидуальной.
Целесообразность применения той или иной системы компенсации подлежит дальнейшему изучению, причем решение вопроса будет зависеть, в частности, и от того, какие новые типы групповых и индивидуальных конденсаторов будут освоены промышленностью.
Пока же, когда в наших установках почти исключительно используются ПРА по двухламповой стартерной схеме, вопрос компенсации решается, так сказать, автоматически: те же конденсаторы, которые служат для создания в цепи лампы опережающего тока, обеспечивают и повышение коэффициента мощности примерно до 0,92.
Для МГЛ и ламп ДРЛ применяется как индивидуальная, так и групповая компенсация реактивной мощности.
Комплект лампа ДРЛ — ПРА имеет коэффициент мощности около 0,57, что, как отмечено выше, может повести к утяжелению сети. Компенсация реактивной мощности может облегчить сеть, но, в свою очередь, связана с установкой сравнительно дорогих индивидуальных или групповых конденсаторов.
По имеющимся данным, для повышения коэффициента мощности до 0,9 — 0,95 в сетях 220 В, 50 Гц с дуговыми лампами необходимо установить конденсаторы следующих емкостей (на одну лампу):
| Лампы мощностью, Вт | 1000 | 750 | 500 | 250 |
| Конденсаторы емкостью, мкФ | 80 | 60 | 40 | 20 |
Конденсаторы такой емкости в настоящее время не выпускаются, что ограничивает применение индивидуальной компенсации. Из изготовляемых промышленностью наиболее подходящими являются металло-бумажные конденсаторы типа МБГО емкостью 10 мкФ, напряжением 600 В. Эти конденсаторы приходится соединять параллельно и устанавливать в стальных ящиках (например, для лампы 1000 Вт нужен ящик размерами 380х300х200 мм) совместно с разрядными сопротивлениями, обеспечивающими быстрый разряд конденсаторов после их отключения.
Разрядное сопротивление R определяется по формуле, Ом:
в которой реактивная мощность конденсатора Q, квар, находится по соотношению
где С — емкость конденсатора, мкФ; U — напряжение на зажимах конденсатора, кВ.
Для конденсатора типа МБГО емкостью 10 мкФ реактивная мощность Q равна 0,15 квар. Для ламп 1000 Вт может быть принято углеродистое лакированное сопротивление 620 000 Ом, для ламп 750 Вт — сопротивление 825 000 Ом.
В установках с групповой компенсацией необходимая мощность конденсатора Q может быть определена по формуле
где Р— установленная мощность, кВт, включая потери в ПРА; φ1 и φ2 — углы сдвига фаз, соответствующие желаемому (φ2) и исходному (φ1) значениям коэффициента мощности.
Для повышения коэффициента мощности с 0,57 до 0,95 на каждый 1 кВт установленной мощности требуются конденсаторы мощностью 1,1 квар. При групповой компенсации могут быть использованы бумажно-масляные трехфазные конденсаторы типа КМ-0,38-25, мощностью 25 квар, а также другие, меньшей мощности, например 10 квар.
Рис. 1. Возможная схема подключения групповой линии при компенсации коэффициента мощности на групповых линиях
Рис. 2. Схема включения разрядных сопротивлений с конденсатором КМ-0,38-25
Каждый конденсатор 25 квар достаточен для группы мощностью 22 кВт, включая потери в ПРА. Группы могут разветвляться за местом установки конденсаторов, как показано на рис. 1. Для линий с конденсаторами КМ-0,38-25 уставка расцепителя автомата не превышает 40 А, а ток каждой из параллельных линий — 36 А.
Разрядное сопротивление для конденсаторов КМ-0,38-25, подсчитанное по первой формуле, не должно превышать 87000 Ом. На каждый конденсатор можно установить по одному трубчатому сопротивлению типа У1 мощностью 150 Вт, сопротивлением 40000 Ом, с двумя секциями по 20 000 Ом, включаемыми по схеме рис. 2.
Конденсаторы вместе с сопротивлениями устанавливаются вблизи щитков в стальных шкафах, обычно по три — пять в одном шкафу. Размеры шкафа на пять конденсаторов 1250 х 1450 х 700 мм.
Групповую компенсацию реактивной мощности на подстанции можно осуществлять теми же конденсаторами КМ, собранными в батареи, и с применением вводных шкафов для их подключения к шинам подстанции.
Произведенные Тяжпромэлектропроектом сопоставительные расчеты показали, что вариант с компенсацией реактивной мощности на групповых линиях щитков экономически почти равноценен варианту без компенсации реактивной мощности. Однако некоторое предпочтение можно отдать варианту с компенсацией, имеющему дополнительные преимущества на высоковольтной стороне электроснабжения. Кроме того, во всех случаях, когда отсутствие компенсации приводит к необходимости увеличения мощности трансформатора, целесообразность компенсации бесспорна.
От компенсации реактивной мощности рекомендуется отказываться в случаях, когда к трансформатору подключена перекомпенсированная силовая нагрузка или когда имеется перекомпенсация на высоковольтной стороне электроснабжения предприятия.
Из сказанного видно, что вопрос компенсации реактивной мощности в сетях освещения нельзя решать изолированно от всего комплекса вопросов электроснабжения и без детального учета местных условий.
Можно добавить, что если питающие осветительные сети весьма коротки, то установка конденсаторов у групповых щитков почти не уменьшает затрату проводникового металла, хотя может привести к уменьшению числа групп. В зависимости от размеров цеха и требований к управлению освещением последнее обстоятельство может быть или не быть существенным.
Таким образом, в ряде случаев решение вопроса о необходимости и способах компенсации реактивной мощности в установках с лампами ДРЛ целиком входит в компетенцию электроснабженцев.
К вопросу о целесообразности индивидуальной компенсации реактивной мощности можно будет вернуться после разработки и освоения промышленностью специальных надежных конденсаторов для ламп ДРЛ, долговечных и недорогих; при применении же конденсаторов типа МБГО или им подобных индивидуальная компенсация явно нецелесообразна. Однако всегда следует иметь в виду важное эксплуатационное преимущество установки конденсаторов в комплекте ПРА или вообще вблизи ламп, заключающееся в отключении конденсаторов одновременно с лампами.
Некоторые фирмы уже поставляют ПРА, в комплект которых входят компенсирующие конденсаторы. При надежной конструкции последних это, конечно, очень удобно.