Компенсация реактивной мощности в сетях промышленных предприятий

Система компенсации реактивной мощности для участка сети промышленных предприятий Текст научной статьи по специальности « Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Ершов С. В., Поздновский В. В.

Рассмотрена система компенсации реактивной мощности , причины возникновения реактивной мощности , вопросы компенсации реактивной мощности .

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Ершов С. В., Поздновский В. В.

SYSTEM OF COMPENSATION OF JET POWER FOR THE SITE OF THE NETWORK OF THE INDUSTRIAL ENTERPRISES

The system of compensation of jet power , the reason of emergence of jet power, questions of compensation of jet power is considered.

Текст научной работы на тему «Система компенсации реактивной мощности для участка сети промышленных предприятий»

С.В. Ершов, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-54-50, eists@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ),

В.В. Поздновский, магистр, (4872) 35-54-50, eists@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ)

СИСТЕМА КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ДЛЯ УЧАСТКА СЕТИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Рассмотрена система компенсации реактивной мощности, причины возникновения реактивной мощности, вопросы компенсации реактивной мощности.

Ключевые слова: реактивная мощность, компенсация реактивной мощности, система компенсации реактивной мощности.

Компенсация реактивной мощности с помощью низковольтных компенсаторов реактивной мощности (КРМ) (аналог УКМ 58, АКУ, УККРМ) (0,4 кВ) реактивной мощностью от 10 до 6 000 кВ Ар, производимых промышленным предприятием и оснащенных автоматическим регулятором для компенсации реактивной мощности, могут сократить до 30 % затрат на оплату электроэнергии. Конденсаторные установки существенным образом компенсируют реактивную мощность, то есть снижают нагрузку на трансформаторы и кабели и тем самым повышают косинус j и соответственно надежность ваших сетей.

Компенсация реактивной мощности на промышленных предприятиях на базе высоковольтных конденсаторных установок применяется в электросетях 6,3 / 10,5 / 35 кВ с высоковольтной нагрузкой. Конденсаторные установки компенсации реактивной мощности – высоковольтные КРМ (аналог УКЛ 56, УКЛ 57) (6,3 / 10,5 / 35 кВ) – производятся на реактивные мощности от 150 до 50 000 кВ Ар. Компенсация реактивной мощности происходит в ручном режиме путем подключения необходимого числа батарей косинусных конденсаторов. Высоковольтные установки компенсации реактивной мощности производятся на базе компенсационных конденсаторов ведущих мировых производителей в корпусах порошковой окраски, имеют срок службы 150 тыс. часов – 10 лет, что выгодно отличает их от изделий конкурентов. Установки компенсации реактивной мощности используются на многих объектах промышленности и сельского хозяйства.

Регулируемая установка компенсации реактивной мощности в автоматическом режиме под управлением микропроцессорного регулятора реактивной мощности улучшает cosj путем подключения/отключения необходимого числа батарей конденсаторов.

Тиристорные конденсаторные установки лучшее, а иногда и единственное решение, когда необходимо осуществлять компенсацию реактивной мощности нагрузки в короткий период времени. Конденсаторные ус-

тановки с тиристорными ключами применяются в цехах с резкоперемен-ной нагрузкой. К таким относятся цеха с большим количеством подъемно-транспортных механизмов, штамповочных установок и прессов, сварочных аппаратов.

В отличие от установок с контакторами тиристорные конденсаторные установки обладают быстродействием на 2 порядка выше, т.к. не требуется задержка срабатывания на время разряда конденсатора. В тири-сторных установках после подачи сигнала на коммутацию тиристор сам выбирает время подключения в момент, когда напряжение в сети и на конденсаторе равны. Задержка включения составляет не более 20 мс. При этом следует отметить, что конденсаторы подключаются без пусковых токов. Это продлевает срок службы конденсаторов. В связи с отсутствием движущихся механических контактов тиристорные конденсаторные установки имеют больший ресурс. Для защиты тиристоров применяются специальные – быстродействующие предохранители Их назначение при любых перегрузках разорвать цепь раньше, чем ток через тиристоры достигнет недопустимой для них величины.

В электрических цепях, содержащих комбинированные сопротивления (нагрузку), в частности, активную (лампы накаливания, электронагреватель и др.) и индуктивную (электродвигатели, распределительные трансформаторы, сварочное оборудование, люминесцентные лампы и др.) составляющие, общую мощность, забираемую от сети, можно выразить векторной диаграммой (рис. 1).

Активная нагрузка Индуктивная нагрузка

Рис.1. Сущность возникновения реактивной мощности

Отставание тока по фазе от напряжения в индуктивных элементах обуславливает интервалы времени (рис. 2), когда напряжение и ток имеют противоположные знаки: напряжение положительно, а ток отрицателен и наоборот. В эти моменты мощность не потребляется нагрузкой, а подается обратно по сети в сторону генератора. При этом электроэнергия, запасаемая в каждом индуктивном элементе, распространяется по сети, не рассеи-

ваясь в активных элементах, а совершая колебательные движения (от нагрузки к генератору и обратно). Соответствующую мощность называют реактивной.

Рис. 2. Сдвиг фаз между активной и реактивной мощностью

Полная мощность складывается из активной мощности, совершающей полезную работу, и реактивной мощности, расходуемой на создание магнитных полей и создающей дополнительную нагрузку на силовые линии питания. Соотношение между полной и активной мощностью, выраженное через косинус угла между их векторами, называется коэффициентом (фактором) мощности (рис. 3).

Рис.3. Треугольник мощностей, Р-активная мощность;, 8-полная мощность; (¿-реактивная мощность

Активная энергия преобразуется в полезную, механическую, тепловую и др. энергии. Реактивная энергия не связана с выполнением полезной работы, однако она необходима для создания электромагнитного поля, наличие которого является необходимым условием для работы электродвигателей и трансформаторов. Потребление реактивной мощности от энерго-снабжающей организации нецелесообразно, так как приводит к увеличению мощности генераторов, трансформаторов, сечения подводящих кабелей (снижение пропускной способности), а так же повышению активных потерь и падению напряжения (из-за увеличения реактивной составляющей тока питающей сети). Поэтому реактивную мощность необхо-

димо получать (генерировать) непосредственно у потребителя. Эту функцию выполняют установки компенсации реактивной мощности, основными элементами которых являются конденсаторы.

Реактивная мощность Q пропорциональна реактивному току, протекающему через индуктивный элемент:

где 1Ь – реактивный (индуктивный) ток, и – напряжение сети.

Таким образом, полный ток, питающий нагрузку, складывается из активной и индуктивной составляющих:

Для снижения доли реактивного тока в системе генератор-нагрузка, параллельно нагрузке подключают компенсаторы (установки КРМ). Реактивная мощность при этом уже не перемещается между генератором и нагрузкой, а совершает локальные колебания между реактивными элементами, индуктивными обмотками нагрузки и компенсатором. Такая компенсация реактивной мощности (снижение индуктивного тока в системе «генератор-нагрузка») позволяет, в частности, передать в нагрузку большую активную мощность при той же номинальной полной мощности генератора.

Основной нагрузкой в промышленных электросетях являются асинхронные электродвигатели и распределительные трансформаторы. Эта индуктивная нагрузка в процессе работы является источником реактивной электроэнергии (реактивной мощности), которая совершает колебательные движения между нагрузкой и источником (генератором), не связана с выполнением полезной работы, а расходуется на создание электромагнитных полей и создает дополнительную нагрузку на силовые линии питания. Реактивная мощность характеризуется задержкой (в индуктивных элементах ток по фазе отстает от напряжения) между синусоидами фаз напряжения и тока сети. Показателем потребления реактивной мощности является коэффициент мощности (КМ), численно равный косинусу угла (ф) между током и напряжением. КМ потребителя определяется как отношение потребляемой активной мощности к полной, действительно взятой из сети, т.е. соБф= Р/8. Этим коэффициентом принято характеризовать уровень реактивной мощности двигателей, генераторов и сети предприятия в целом. Чем ближе значение соБф к единице, тем меньше доля взятой из сети реактивной мощности. Таким образом, наличие реактивной мощности является паразитным фактором, неблагоприятным для сети в целом.

В результате этого:

возникают дополнительные потери в проводниках вследствие увеличения тока;

снижается пропускная способность распределительной сети;

отклоняется напряжение сети от номинала (падение напряжения из-за увеличения реактивной составляющей тока питающей сети).

Все сказанное выше является основной причиной того, что предприятия электроснабжения требуют от потребителей снижения доли реактивной мощности в сети.

Решением данной проблемы является компенсация реактивной мощности – важное и необходимое условие экономичного и надежного функционирования системы электроснабжения предприятия. Эту функцию выполняют устройства компенсации реактивной мощности – конденсаторные установки, основными элементами которых являются конденсаторы. Правильная компенсация реактивной мощности позволяет: снизить общие расходы на электроэнергию;

уменьшить нагрузку элементов распределительной сети (подводящих линий, трансформаторов и распределительных устройств), тем самым продлевая их срок службы;

снизить тепловые потери тока и расходы на электроэнергию; снизить влияние высших гармоник; подавить сетевые помехи, снизить несимметрию фаз; добиться большей надежности и экономичности распределительных сетей,

кроме того, в существующих сетях:

исключить генерацию реактивной энергии в сеть в часы минимальной нагрузки;

снизить расходы на ремонт и обновление парка электрооборудования;

увеличить пропускную способность системы электроснабжения потребителя, что позволит подключить дополнительные нагрузки без увеличения стоимости сетей;

обеспечить получение информации о параметрах и состоянии сети, во вновь создаваемых сетях уменьшить мощность подстанций и сечения кабельных линий, что снизит их стоимость.

Одним из основных направлений сокращения потерь электроэнергии и повышения эффективности электроустановок промышленных предприятий является компенсация реактивной мощности с одновременным повышением качества электроэнергии непосредственно в сетях предприятий. Чем ниже коэффициент мощности соБф при одной и той же активной нагрузке электроприемников, тем больше потери мощности и падение напряжения в элементах систем электроснабжения. Поэтому следует всегда стремиться к получению наибольшего значения коэффициента мощности. Для решения этой задачи применяются компенсирующие устройства, называемые установками компенсации реактивной мощности, основными элементами которых являются конденсаторы. Применение этих установок позволяет исключить оплату за потребление из сети и генерацию в сеть реактивной мощности, при этом суммы платежа за потребляемую энергию, определяемые тарифами энергосистемы, значительно сокращаются.

Применение установок компенсации реактивной мощности эффективно на предприятиях, где используются станки, компрессоры, насосы, сварочные трансформаторы, электропечи, электролизные установки и прочие потребители энергии с резкопеременной нагрузкой. То есть на производствах металлургической, горнодобывающей, пищевой промышленности, в машиностроении, деревообработке и производстве стройматериалов, то есть везде, где из-за специфики производственных и технологических процессов значение cosj колеблется от 0,5 до 0,8.

1. Беляев А.Н., Смоловик C.B. Проектирование адаптивных автоматических регуляторов возбуждения с помощью нейронечеткого моделирования // Электричество. 2002. №3.

2. Баламетов А.Б., Мусаханова Г.С., Халилов Э.Д. Исследование решения задачи оптимизации режимов электрических сетей по напряжению и реактивной мощности методом последовательной линеаризации и линейного программирования. Электричество. 2003. №3.

3. Борцов Ю.А., Бурмистров A.A., Логинов А.Г., Поляхов Н.Д., Приходько И. А., Хлямков В. А. Робастные регуляторы возбуждения мощных синхронных генераторов // Электричество. 2003. №7.

4. Красовская М.А. Методы и алгоритмы нелинейного программирования в АСУ. М.: Издательство МАИ, 1994.

5. Мелешкин Г. А., Меркурьев Г.В. Устойчивость энергосистем. -СПб.: НОУ «Центр подготовки кадров энергетики», 2006.

S. V. Ershov, B.B. Pozdnovsky

SYSTEM OF COMPENSATION OF JET POWER FOR THE SITE OF THE NETWORK OF THE INDUSTRIAL ENTERPRISES

The system of compensation of jet power, the reason of emergence of jet power, questions of compensation ofjet power is considered.

Key words: jet capacity, compensation of jet power, system of compensation ofjet

Компенсация реактивной мощности «Три — в одном» или панацея от всех бед?

Предисловие

Сразу оговорюсь, что данная статья имеет обзорный характер и не претендует на научный труд. Поэтому ряд вопросов автор рассматривает поверхностно. Почему «три в одном»? По нашему мнению существуют следующие аспекты компенсации реактивной мощности (РМ):

• РМ как фактор энергосбережения;
• РМ как фактор повышения качества электроэнергии;
• РМ как фактор экономии денежных ресурсов.

Мы намеренно опускаем все три аспекта. Это отдельная тема. Написание этой статьи ставило своей целью собрать воедино разрозненную общую информацию о компенсации РМ из различных источников, проанализировать ее и представить на суд читателей ее различные аспекты для более полного понимания сути этого процесса.

Как известно, электроэнергия — это товар, который имеет свое качество. Качество электроэнергии должно соответствовать требованиям ГОСТ 13109-97.

Сегодня потребителя интересуют три вопроса:

1. Какого качества электроэнергию он купил и стоит ли она этих денег (в том смысле, какой убыток ему приносит каждое нарушение качества электроэнергии).
2. На какие цели и в каком количестве Потребитель расходует электроэнергию, которую он покупает (рационально или нет).
3. Как грамотно управлять энергопотреблением, чтобы свести к минимуму расход электроэнергии (в какой момент и какие нагрузки следует отключить, чтобы не превысить лимит потребления в часы договорного максимума.

Ремарка

По давно проверенной статистике, как только потребитель получает достоверную информацию о том, куда и сколько он тратит киловатт-часов, его суммарное потребление снижается на 10-15%. Это только «сливки» потенциала энергосбережения, которые можно снять без больших затрат на модернизацию электросети и оборудования.

Справка

Проведенные в Московском энергетическом институте под руководством д. т. н., проф. Абрамовича Б. Н. исследования влияния качества электроэнергии на работу электрооборудования показали, что при нарушении нормативных показателей качества электроэнергии (КЭ) происходит сокращение срока службы:

1. силовых трансформаторов 10/0,4 — в 1,2-1,8 раза;
2. асинхронных электродвигателей — в 1,5-2,5 раза;
3. приводов, УПП и ПЧ — в 2,0-4,1 раза.

Например, стоимость ущерба от плохого качества электрической энергии в экономике США оценивается более чем в 150 миллиардов долларов в год (данные 2005 г.).

А как оценивается ущерб от плохого качества электроэнергии в экономике России?

Официальная статистика по степени серьезности и распределению падений напряжения отсутствует, но в настоящее время проводятся некоторые измерения регионального масштаба, которые могут дать информацию к размышлению. Например, в исследовании, проводимом одним из основных производителей электроэнергии, замерялись перепады напряжения на 12 участках мощностью от 5 до 30 МВА. За 10 месяцев было зафиксировано 858 перепадов, 42 из которых привели к сбоям и финансовым потерям. Хотя на всех этих 12 участках потребителями были производители с несложной технологией, финансовые потери составили 600 тыс. евро, а максимальная сумма убытков на один участок составила 165 тыс. евро.

Немного теории

Электрической сети в целом требуется равенство генерации и потребления активной и реактивной мощности. Основным нормативным показателем поддержания баланса активной мощности в каждый момент времени является частота переменного тока, которая служит общесистемным критерием. А основным нормативным показателем поддержания баланса реактивной мощности в каждый момент времени является уровень напряжения — местный критерий, который для каждого узла нагрузки и каждой ступени номинального напряжения существенно отличается. Поэтому в отличие от баланса активной мощности необходимо обеспечить баланс реактивной мощности не только в целом в энергосистеме, но и в узлах нагрузки. И оттого, где и как «гуляет» реактивная мощность (РМ) по сети, зависит многое, если не все.

Наглядным примером серьезности проблемы компенсации РМ является отчет Рабочей группы Госдумы РФ по расследованию причин московской аварии, произошедшей 25 мая 2005 г. В нем сделан вывод о том, что одной из главных причин аварии на подстанции «Чагино» явился дефицит источников реактивной мощности в электрической сети Москвы и Подмосковья. В отчете также указано, что такой дефицит создает угрозу повторения системных аварий.

Вот почему существует необходимость самого серьезного отношения к проблеме компенсации реактивной мощности.

Сегодня, когда строительство новых генерирующих мощностей очень дорого и невозможно в короткий срок, актуальным становится максимальное использование действующих ЛЭП и трансформаторов, повышая их пропускную способность за счет применения различных устройств управляемой компенсации реактивной мощности.

Как известно, полная мощность сети состоит из активной мощности Р, передаваемой в нагрузку, и реактивной Q, которая используется на нагрев обмоток электродвигателей и трансформаторов. Q отрицательно влияет на режимы работы электрической сети и показатели качества электроэнергии. Но без нее процесс получения полезной работы был бы невозможен. Рисунок 1.

Но отрицательное влияние РМ на сеть несоизмеримо больше, чем положительное. Недаром еще во времена заката СССР в конце 80-х директивно на всех промышленных предприятиях были установлены конденсаторные батареи. Знали, что делали.

Реактивный ток дополнительно загружает высоковольтные линии и трансформаторы, приводит к увеличению потерь активной (АМ) и реактивной мощности (РМ), влияет на уровень напряжения у потребителя. Большая величина РМ в сети приводит к несинусоидальности напряжения, появляются дополнительные потери в сети, электрических машинах и трансформаторах, сокращается срок службы изоляции кабелей и другого оборудования, появляются помехи и сбои в работе компьютеров, устройств автоматики, телемеханики и связи, возникают резонансные перенапряжения в электрических сетях.

При компенсации РМ происходит уменьшение потребления РМ и возврат ее в сеть (см. график 1). Вследствие этого полная мощность S, потребляемая из сети практически вся используется на полезную работу. Q1 уменьшается до значения Q2.

Использование установок компенсации реактивной мощности (УКРМ) позволяет

• разгрузить питающие ЛЭП, силовые трансформаторы и распределительные устройства;
• улучшить качество электроэнергии в сети;
• снизить расходы на оплату электроэнергии и общие затраты на энергопотребление
• подключить дополнительную активную нагрузку, без увеличения мощности силового трансформатора и без увеличения сечения питающего кабеля;
• увеличить срок службы электрооборудования;
• автоматически отслеживать изменения нагрузки и компенсации РМ (см. Рисунок 2).

Характерные отраслевые коэффициенты мощности приведены в Таблице 1.

Характерные отраслевые коэффициенты мощности

Тип нагрузки	Примерный коэффициент мощности
Мукомольные и крупозаводы	0,6-0,7
Мясоперерабатывающие предприятия	0,6-0,7
Мебельные предприятия	0,6-0,7
Деревообрабатывающие предприятия	0,55-0,65
Молокоперерабатывающие предприятия	0,6-0,8
Машиностроительные предприятия	0,5-0,6
Авторемонтные предприятия	0,7-0,8

Когда мы 7 лет назад начали заниматься проблемой повышения качества и надежности электроснабжения предприятий и снижения энергопотребления при помощи компенсации реактивной мощности, у нас появились вопросы:

• почему в одной сети конденсаторные установки работают отлично, экономят прилично, а в другой — неэффективно;
• почему при их использовании в некоторых случаях возникают нежелательные последствия;
• почему, решив одну проблему, возникают другие, и т.д.

Пришлось взяться за учебники, пройти техническое обучение, перелопатить кучу литературы и Интернет в поисках расчетов, методик выбора, характеристик процессов протекающих в электросетях при работе УКМ.

Мы пришли к выводу, чтобы понять суть процессов, протекающих в конкретной электросети, нужна достоверная техническая информация. Для этого мы начали проводить мониторинг параметров электросети. Были закуплены специальные приборы, позволяющие снимать одновременно несколько десятков характеристик электросети с интервалом в доли секунды. (Токи, напряжения, активные, реактивные и полные мощности по каждой фазе, Cos F, гармонический состав сети и т.д.). Полученная информация оказалась очень интересна (см. графики 1, 2).

Как видно из графиков, при выключенной конденсаторной установке Cos F «плавает» от 0,3 до 0,5. При включенной он фактически стабилен на уровне 0,75-0,8. Также при включенной УКРМ сглаживаются пульсации тока и напряжения, характер потребления становится более равномерным и исключает преждевременный выход оборудования из строя. И наконец, уровень нелинейных искажений (гармоник) в сети THDI находится в пределах нормы (не более 5-7%).

За 7 лет нами проведен мониторинг параметров электрических сетей более 30 промышленных предприятий Алтая различного профиля, проанализированы полученные данные, выяснены некоторые закономерности процесса потребления реактивной мощности (РМ).

Анализ результатов измерений в разных участках системы электроснабжения предприятия позволяет определить оборудование, влияющее на качество электроэнергии, генерирующее помехи, которые могут выводить из строя компьютеры и другое электронное оборудование. Такой анализ необходимо производить на объектах, где используются частотные электроприводы или имеют место частые коммутации мощных электроприемников (например сварочное производство).

Технический эффект, ожидаемый в результате применения УКРМ, представлен в Таблице 2.

Технический эффект ожидаемый в результате применения УКРМ

Cos φ1, без компенсации	Cos φ2, с компенсацией	Снижение величины тока и полной мощности, %	Снижение величины тепловых потерь, %
0,5	0,9	44	69
0,5	1	50	75
0,6	0,9	33	55
0,6	1	40	64
0,7	0,9	22	39
0,7	1	30	51
0,8	1	20	36

Экономический эффект от использования УКРМ выражается в значительной экономии энергоресурсов предприятиями, снижением расходов на ремонты и аварии, а также прямой выгодой в виде снижения платы за потребляемую электроэнергию.

Заключение

Для энергосистем, промышленных предприятий реактивная мощность всегда была и остается неизбежным атрибутом технологического оборота электроэнергии, влияющим на его экономическую эффективность. И поэтому использование такого мощного рычага воздействия как управление реактивной мощностью — один из наиболее эффективных и малозатратных способов энергосбережения как в энергосистемах, так и в сетях предприятий и ЖКХ. И оттого, как технически грамотно будет решаться этот вопрос потребителями с одной стороны, и энергоснабжающими организациями с другой, будет зависеть надежность всей системы электроснабжения страны.

В данной статье мы рассмотрели только общие аспекты компенсации РМ. Намеренно не были затронуты вопросы воздействия компенсации РМ на энергосбережение, качество электроэнергии, и экономическую эффективность деятельности предприятий. Все эти вопросы могут быть рассмотрены нами позже в случае заинтересованности читательской аудитории.

А. В. СИНЕЕВ,
член правления МОСЭП,
г. Барнаул.

Компенсация реактивной мощности на промышленных предприятиях

Анонс: Условное деление промышленных объектов по сетевому напряжению, коммутации, режиму работы и характеру нагрузки. Компенсация реактивной мощности на промышленных предприятиях с сетями разного напряжения и способы повышения коэффициента мощности сетей угольных шахт, жилой застройки.

Вне зависимости от формы собственности, географической локализации, специфики деятельности все производственные и производственно-коммерческие объекты корректно разделить по: уровню напряжения входной сети на шинах подстанции электросетевой компании или КТП в балансовой принадлежности предприятия на объекты, подключаемые к сетям 10 (6) кВ и 0.4 кВ. К сетям 10 (6) кВ подключены предприятия с оборудованием, линиями и комплексами, включающими асинхронные электродвигатели, индукционные печи, трансформаторы тока и напряжения, токоограничивающие реакторы, КТП и передвижные участковые подземные подстанции (ПУПП) железорудных, угольных шахт и пр. Низковольтное оборудование, системы инженерно-технического обеспечения, центры обработки данных таких потребителей запитываются от собственных КТП через РУ цеховых ТП 6-10/0,4 кВ или ГРЩ. К шинам подстанций 6-10/0,4 кВ электросетевой компании по стороне низшего напряжения подключаются по ТУ промышленные предприятия с трехфазной нагрузкой 380 В и/или однофазными потребителями 220 В; специфике коммутации нагрузки потребителя с ГРЩ, РУ ТП (или КТП) на объекты со стационарными и динамично изменяемыми сетями. К последним относят предприятия, силовые сети которых изменяют конфигурацию в процессе производства – железорудные, угольные шахты с ПУПП и наращиваемыми кабельными линиями (КЛ), строительные компании с площадками на масштабных объектах жилой застройки и подключением нагрузки по воздушным линиям (ВЛ) и пр.; режиму работы и характеру нагрузки (статичная, динамичная, знакопеременная), по факту определяющим наличие или отсутствие стабильной «фоновой» потребности в реактивной мощности и, соответственно, возможность применения сравнительно недорогих неавтоматических (нерегулируемых) конденсаторных установок переменного тока для повышения коэффициента мощности (по формализованной терминологии действующего ГОСТ Р 56744-2015).

Компенсация реактивной мощности на промышленных предприятиях с сетями 6-10/0,4 кВ.

Для промышленных объектов со стационарными сетями и равномерном графике нагрузки по сегментам своей силовой сети целесообразна компенсация реактивной мощности по централизованной схеме на шинах РУ 6-10 кВ предприятия в рамках подстанции электросетевой компании на стороне низшего напряжения или собственной КТП на стороне высшего напряжения.

В случае неравномерной нагрузки по сегментам сети предприятия возможно применение групповой схемы компенсации на шинах РУ цеховых ТП 6-10/0,4 кВ, причем в обоих случаях при выявлении энергоаудитом наличия стабильной во времени «фоновой» реактивной нагрузки экономически эффективна интеграция в щитовых нерегулируемых или гибридных (смешанных) установок компенсации реактивной мощности.

Способы повышения коэффициента мощности динамично изменяемых сетей.

Железорудные, угольные шахты, строительные девелоперы с развертываемыми площадками на масштабных объектах жилой застройки в процессе своей деятельности формируют силовые сети, изменяющие свою конфигурацию, потери активной и реактивной мощности в КЛ и ВЛ, параметры своей и питающей магистральной сети. Так, в зависимости от протяженности ВЛ и нагрузки по реактивной мощности падение напряжения сети объекта жилой застройки может достигать более 30%, что становится критическим для оборудования на площадке и крайне негативно влияет на энергобаланс сети электросетевой компании.

Таблица. Падение напряжения при разном потреблении реактивной мощности и протяженности ВЛ развертываемых сетей объектов жилой застройки.

Реактивная мощность	Падение напряжения, % при общей длине воздушной линии
	0.2 км	0.4 км	0.6 км	0.8 км	1.0 км
50 кВАР	1.875	3.75	5.625	7.5	9.375
100 кВАР	3.75	7.5	11.25	15.0	18.75
150 кВАР	5.625	11.25	16.875	22.5	28.125
200 кВАР	7.5	15.0	22.5	30.0	37.5

В свою очередь железорудные, угольные шахты с ПУПП и наращиваемыми КЛ имеют взаимозависимое влияние потерь мощности, напряжения от длины, сечения кабелей и загрузки передвижных участковых подземных подстанций, что определяет необходимость компенсации реактивной мощности по смешанной (централизованной, групповой, индивидуальной) схеме, автоматическими установками и при регулярном мониторинге динамики изменения нагрузки.

Компенсация реактивной мощности на промышленных предприятиях с сетями 0,4 кВ.

Промышленные предприятия с оборудованием, включающим асинхронные электродвигатели, в том числе в конструкциях мотор-редукторов, насосных агрегатов, электродуговые печи, сварочные трансформаторы и пр. напряжением 0.4 кВ обычно используют смешанную схему компенсации реактивной мощности – групповую и индивидуальную, что позволяет оптимизировать энергопотребление и стабилизировать качество электроэнергии в силовой сети.

В целом любые способы повышения коэффициента мощности должны использоваться: только после проведения профессионального энергоаудита сети промышленного объекта, что исключит риски перекомпенсации и даст возможность выбора оптимальной по цене и функциям установки; обосновываться, разрабатываться и реализоваться исключительно профильной компанией с собственными производственными мощностями для изготовления установок, батарей и большим опытом работы в этой сфере деятельности.

Выбор оптимальных способов компенсации реактивной мощности в электрических сетях промышленных предприятий

• Post author:Gekoms LLC
• Запись опубликована: 17.08.2021
• Запись изменена: 17.08.2021
• Post category:Инжиниринг
• Post comments:0 комментариев

Выбор оптимальных способов компенсации реактивной мощности в электрических сетях промышленных предприятий

Содержание

На промышленных предприятиях большинство электроприемников наряду с активной мощностью потребляет также и реактивную.

К основным промышленным потребителям реактивной мощности относятся:

• Асинхронные двигатели.
• Силовые трансформаторы.
• Преобразовательные установки и т. п.

Вместе с тем наличие значительных перетоков реактивной мощности в электрических сетях увеличивает потери электроэнергии, снижает пропускную способность электрических сетей, а также оказывает существенное влияние на режимы напряжения [1].

Для снижения перетоков реактивной мощности в электрических сетях должна осуществляться компенсация реактивной мощности. С этой точки зрения, компенсация реактивной мощности может рассматриваться как эффективное направление энергосбережения на промышленных предприятиях.

Технические мероприятия по компенсации реактивной мощности заключаются в установке компенсирующих устройств в соответствующих точках системы электроснабжения промышленного предприятия. Наибольшее распространение в качестве компенсирующих устройств в промышленных электрических сетях получили конденсаторные установки.

Виды компенсации реактивной мощности в электросетях

Как известно, широкое применение конденсаторных установок обусловлено малыми удельными потерями активной мощности, простотой их монтажа и эксплуатации, возможностью размещения конденсаторных установок в любой точке электрической сети и др.

С помощью конденсаторных установок на промышленных предприятиях могут осуществляться следующие способы компенсации реактивной мощности:

• Индивидуальная.
• Групповая.
• Централизованная.
• Комбинированная [2].

Каждый из перечисленных способов компенсации имеет свои преимущества и недостатки:

• Осуществление индивидуальной компенсации позволяет снизить потери электроэнергии в наибольшей степени, поскольку в данном случае конденсаторные установки подключаются непосредственно к зажимам электроприемников, и вся электрическая сеть разгружается от реактивной мощности. Вместе с тем данный способ компенсации обладает существенным недостатком, а именно неполным использованием конденсаторов, т. к. одновременно с отключением электроприемников отключаются и конденсаторные установки.
• При групповой компенсации конденсаторные установки подключаются к распределительным пунктам электрической сети. Использование установленной мощности конденсаторных установок увеличивается, но при этом электрическая сеть до электроприемников не разгружается от реактивной мощности.
• При централизованной компенсации конденсаторные установки подключаются к шинам 0,4 кВ или 6 (10) кВ трансформаторной подстанции. В данном случае использование установленной мощности конденсаторных установок оказывается наиболее полным, однако, при этом все элементы электрической сети, питающейся от подстанции, не разгружаются от реактивной мощности. Кроме того, поскольку действующие в настоящее время методические указания [3], устанавливающие повышающие (понижающие) коэффициенты к тарифам на услуги по передаче электроэнергии в зависимости от соотношения потребления активной и реактивной мощности, распространяются только на потребителей электроэнергии, подключенных к Единой национальной (общероссийской) электрической сети, т. е. к сетям ФСК, то это фактически делает централизованную компенсацию для промышленных предприятий экономически невыгодной.
• При комбинированной компенсации сочетаются централизованная или групповая компенсация с индивидуальной. Таким образом, выбор мест установки компенсирующих устройств в общем случае является оптимизационной задачей, т. е. необходимо выбрать такой вариант, который обеспечивает максимальный экономический эффект при соблюдении всех технических условий нормальной работы электрических сетей и электрооборудования.

С этой целью была рассмотрена система электроснабжения цехов одного из крупных промышленных предприятий г. Кемерово. Для данных цехов характерна большая постоянная двигательная нагрузка, присутствуют как высоковольтные, так и низковольтные асинхронные двигатели, поэтому потребление реактивной мощности по цехам в целом довольно значительное.

Определение оптимального способа компенсации реактивной мощности электросети

Имеем следующие вводные по исследуемому предприятию:

• Электроснабжение предприятия осуществляется по трем линиям электропередачи с Кемеровской ГРЭС.
• На центральной распределительной подстанции (ЦРП) происходит распределение электроэнергии по цеховым трансформаторным подстанциям.
• Схема электроснабжения цехов предприятия представлена на рисунке 1.

Для выбора оптимального способа компенсации реактивной мощности в представленной электрической сети были рассмотрены несколько возможных вариантов:

• При отсутствии компенсации реактивной мощности.
• Централизованная компенсация с подключением конденсаторных установок к шинам 10 кВ ЦРП.
• Групповая компенсация с подключением конденсаторных установок к шинам 6 кВ ЦРП.
• Групповая компенсация с подключением конденсаторных установок к шинам 0,4 кВ цеховых трансформаторных подстанций.
• Групповая компенсация с подключением конденсаторных установок к шинам 0,4 кВ цеховых трансформаторных подстанций и распределительным пунктам.
• Комбинированная компенсация с подключением части конденсаторных установок к зажимам электроприемников непосредственно, а части — к шинам 0,4 кВ трансформаторных подстанций и распределительным пунктам.
• Комбинированная компенсация, когда реактивная мощность, потребляемая электроприемниками, запитанными от шин 6 кВ ЦРП и 0,4 кВ трансформаторных подстанций, компенсируется индивидуально, а остальная реактивная мощность — конденсаторными установками, подключенными к распределительными пунктам и шинам 6 кВ подстанции № 6.
• Комбинированная компенсация, когда реактивная мощность, потребляемая мощными электроприемниками, запитанными от шин 6 кВ ЦРП и подстанции №6, компенсируется индивидуально, а остальная часть реактивной мощности — групповым способом.
• Комбинированная компенсация, когда реактивная мощность, потребляемая электроприемниками, запитанными от шин 6 кВ ЦРП и 0,4 кВ трансформаторных подстанций, компенсируется индивидуально, а остальная реактивная мощность — конденсаторными установками, подключенными к распределительными пунктам.
• Индивидуальная компенсация, где критериями оптимизации являлись минимум потерь электроэнергии в электрической сети и минимум суммарных приведенных затрат.

Для расчета потерь электроэнергии в электрической сети и последующего определения оптимального способа компенсации реактивной мощности нами была разработана программа «Расчет потерь электроэнергии v 1.0».

Алгоритм программы построен на расчете технологических потерь электроэнергии по методу средних нагрузок в соответствии с требованиями инструкции [4] и определении оптимального способа компенсации реактивной мощности, исходя из минимума потерь электроэнергии в электрической сети.

В целях выбора оптимального способа компенсации реактивной мощности были также проведены технико-экономические расчеты, в ходе которых для каждого из рассматриваемых способов компенсации были определены суммарные приведенные затраты. Результаты расчета потерь электроэнергии в электрической сети и суммарных приведенных затрат при различных способах компенсации реактивной мощности приведены в таблице 1.

Анализ полученных результатов показал:

• Наиболее оптимальным способом компенсации реактивной мощности для рассматриваемой электрической сети является индивидуальная компенсация, поскольку в этом случае обеспечивается минимум потерь электроэнергии.
• Из технико-экономических расчетов также следует, что индивидуальная компенсация является наиболее оптимальной, т. к. в данном случае суммарные приведенные затраты оказываются минимальными.
• Наибольшие потери электроэнергии в электрической сети и суммарные приведенные затраты имеют место при отсутствии компенсации реактивной мощности, а также в случае централизованной компенсации.
• Вместе с тем следует отметить, что полученные результаты необходимо рассматривать лишь как первое приближение к решению задачи оптимизации выбора мест установки компенсирующих устройств.
• Для более точного решения данной задачи необходимо также учитывать дополнительные ограничения (по допустимым уровням напряжения в узлах сети, по режимам работы компенсирующих устройств, по устойчивости нагрузки и др.), вводя их в целевую функцию в качестве критериев оптимизации и переходя к решению задачи многокритериальной оптимизации. Многокритериальный подход позволит комплексно подходить к задаче выбора мест установки компенсирующих устройств, более точно описывать ее условия, получая тем самым решения, в наибольшей степени соответствующие реальной задаче.

В то же время использование многокритериального подхода для решения задачи оптимизации выбора мест установки компенсирующих устройств требует проведения углубленного техникоэкономического анализа.

В частности, при выборе оптимальных способов компенсации реактивной мощности следует учитывать стоимость электроэнергии и сравнивать ее с затратами на компенсирующие устройства.

По результатам экономического анализа можно будет определить оптимальное соотношение между реактивной мощности, потребляемой предприятием из сети энергоснабжающей организации, и реактивной мощностью, вырабатываемой компенсирующими устройствами, установленными на промышленном предприятии.

Следует учитывать график электрической нагрузки предприятия и производить выбор соответствующего оптимального способа компенсации реактивной мощности для каждой зоны графика нагрузки:

• В базовой части графика нагрузки наиболее оптимальной будет групповая компенсация, а при наличии высоковольтных электроприемников, подключенных непосредственно к шинам 6 (10) кВ трансформаторных подстанций — централизованная компенсация.
• В полупиковой зоне групповая компенсация также будет наиболее оптимальной.
• Использование же индивидуальной компенсации будет наиболее целесообразным в пиковой зоне графика нагрузки промышленного предприятия.

Режимы работы и коэффициенты использования установленного электрооборудования также могут оказывать существенное влияние на выбор оптимального способа компенсации реактивной мощности. Так, при постоянной нагрузке более выгодной будет индивидуальная компенсация, а в случае, если нагрузка будет неравномерной — групповая или комбинированная компенсация.

Проведение углубленного технико-экономического анализа с последующим построением компьютерной модели системы электроснабжения промышленного предприятия и решением задачи многокритериальной оптимизации позволит определить наиболее оптимальные способы компенсации реактивной мощности в промышленных электрических сетях.

Таким образом, выбор оптимальных мест установки компенсирующих устройств и оптимизация процесса компенсации реактивной мощности в промышленных электрических сетях в целом является на сегодняшний день актуальной практической задачей.

Оптимизация процесса компенсации реактивной мощности позволит максимально снизить потери электроэнергии в электрических сетях, обусловленные перетоками реактивной мощности, сократить расходы промышленных предприятий на электроэнергию, увеличить пропускную способность электрических сетей и будет способствовать реализации на промышленных предприятиях потенциала энергосбережения.

Способы компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения

Реактивной мощностью называется та доля полной мощности, которая идет на поддержание электромагнитных процессов в нагрузках, имеющих индуктивную и емкостную реактивные составляющие.

Реактивная мощность сама по себе не расходуется на выполнение какой-либо полезной работы, в отличие от активной мощности, однако наличие в проводах реактивных токов приводит к их нагреву, то есть к потерям мощности в форме тепла, что вынуждает поставщика электроэнергии все время подавать потребителю повышенную полную мощность. А между тем, в соответствии с приказом Министерства промышленности и энергетики Российской Федерации №267 от 4 октября 2005 года, реактивная мощность отнесена к техническим потерям в электрических сетях.

Но электромагнитные поля всегда возникают в нормальных режимах работы огромного числа разновидностей электрического оборудования: люминесцентных ламп, электродвигателей различного назначения, индукционных установок и т. д. – все подобные нагрузки не только потребляют из сети полезную активную мощность, но и являются причинами появления реактивной мощности в протяженных цепях.

И хотя без реактивной мощности многие потребители, содержащие ощутимые индуктивные составляющие, не смогли бы работать в принципе, поскольку им необходима реактивная мощность, как часть полной мощности, реактивная мощность зачастую фигурирует как вредная чрезмерная нагрузка по отношению к электрическим сетям.

Вред от реактивной мощности без компенсации

В общем и целом, когда объем реактивной мощности в сети становится значительным, понижается напряжение в сети, такое положение дел весьма характерно для энергосистем с дефицитом активной составляющей, – там всегда напряжение в сети ниже номинала. И тогда недостающая активная мощность поступает из соседних энергосистем, в которых на данный момент генерируется чрезмерное количество электроэнергии.

Но такие системы, которые всегда требуют пополнений за счет соседей, всегда получаются в итоге неэффективными, а ведь их можно легко превратить в эффективные, достаточно создать условия для генерации реактивной мощности прямо на месте, в специально приспособленных компенсирующих устройствах, подобранных для активно-реактивных нагрузок данной энергосистемы.

Дело в том, что реактивную мощность не обязательно генерировать на электростанции генератором, вместо этого ее можно получать в компенсирующей установке (в конденсаторе, синхронном компенсаторе, в статическом источнике реактивной мощности), расположенной на подстанции.

Компенсация реактивной мощности сегодня является не только ответом на вопросы об энергосбережении и о способе оптимизации нагрузок на сеть, но и ценным инструментом влияния на экономику предприятий. Ведь конечная стоимость любой производимой продукции формируется не в последнюю очередь из расходуемой электроэнергии, которая будучи снижена — уменьшит себестоимость продукции. К такому выводу пришли аудиторы и специалисты по энергоресурсам, что побудило многие компании прибегнуть к расчету и установке систем компенсации реактивной мощности.

Для компенсации реактивной мощности индуктивной нагрузки – подбирают определенной емкости конденсатор, в итоге потребляемая непосредственно от сети реактивная мощность снижается, она потребляется теперь от конденсатора. Другими словами, коэффициент мощности потребителя (с конденсатором) повышается.

Активные потери теперь становятся не более 500 мВт на 1 кВар, при этом движущиеся части у установок отсутствуют, шума нет, а эксплуатационные затраты мизерны. Установить конденсаторы можно в принципе в любой точке электросети, а мощность компенсации подбирается индивидуально. Установка производится в металлических шкафах или в настольном исполнении.

Способы компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения

В зависимости от схемы подключения конденсаторов к потребителю, есть несколько видов компенсации: индивидуальная, групповая и централизованная.

При индивидуальной компенсации конденсаторы (конденсатор) подключаются прямо к месту возникновения реактивной мощности, то есть свой конденсатор(ы) – к асинхронному двигателю, отдельный — к газоразрядной лампе, индивидуальный — к сварочному аппарату, личный конденсатор — для индукционной печи, для трансформатора и т.д. Здесь от реактивных токов разгружаются подводящие провода к каждому конкретному потребителю.

Групповая компенсация подразумевает подключение одного общего конденсатора или общей группы конденсаторов сразу к нескольким потребителям со значительными индуктивными составляющими. В этом случае постоянная одновременная работа нескольких потребителей сопряжена с циркуляцией общей реактивной энергии между потребителями и конденсаторами. Линия подводящая электроэнергию к группе потребителей окажется разгружена.

Централизованная компенсация предполагает установку конденсаторов с регулятором в главном или групповом распределительном щите. Регулятор оценивает в режиме реального времени текущее потребление реактивной мощности, и оперативно подключает и отключает необходимое количество конденсаторов. В итоге потребляемая от сети суммарная мощность всегда сводится к минимуму в соответствии с мгновенной величиной требуемой реактивной мощности.

Каждая установка компенсации реактивной мощности включает в себя несколько ветвей конденсаторов, несколько ступеней, которые формируются индивидуально для той или иной электросети, в зависимости от предполагаемых потребителей реактивной мощности. Типичные размеры ступеней: 5; 10; 20; 30; 50; 7,5; 12,5; 25 кВар.

Для получения больших ступеней (100 и более кВар) — объединяют параллельно несколько небольших. В результате нагрузки на сети снижаются, токи включения и сопровождающие их помехи уменьшаются. В сетях с большим количеством высших гармоник сетевого напряжения, конденсаторы компенсирующих установок защищают дросселями.

Выгоды от компенсации реактивной мощности

Автоматические компенсирующие установки дают ряд преимуществ оборудованной ими сети:

снижают загрузку трансформаторов;

упрощают требования к сечению проводов; позволяют больше нагрузить электрические сети, чем это было возможно без компенсации;

устраняют причины для снижения напряжения сети, даже если потребитель присоединен протяженными проводами;

повышают КПД мобильных генераторов на жидком топливе;

облегчают пуск электродвигателей;

автоматически повышают косинус фи;

устраняют реактивную мощность из линий;

избавляют от перенапряжений;

улучшают контроль за параметрами сетей.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Компенсация реактивной мощности: прямая экономия без обмана счетчика

С пoмoщью малoзатратных уcтрoйcтв, дoбавленных в cеть переменнoгo тoка, прoмышленнoе предприятие мoжет ocтавить за coбoй, без преувеличения, дo трети «oбычных» затрат на электрoэнергию. И oбманывать cчетчик при этoм вoвcе не придетcя. Нужно вcего лишь укротить реактивную мощноcть, гуляющую по кабелям, как ей заблагораccудитcя. Здеcь мы раccкажем о воздейcтвии «незваной мощноcти» на энергозатраты производcтва, а также о cовременном оборудовании, способном не только сгладить последствия вредного явления, но и обратить зло на пользу.

К глубокому сожалению, сегодня многие из нас не владеют поднятой проблемой даже в общих чертах. А если и понимают ее, то чаще всего недооценивают, не усматривая в компенсации реактивной мощности сколь-нибудь ощутимого источника для экономии. Но ведь здесь даже не надо быть специалистом. Поскольку все мы, так или иначе, если не на производственном, так на бытовом уровне, являемся постоянными потребителями электроэнергии. Уже поэтому ее качество и стоимость нам должны быть столь же не безразличны, как качество и стоимость подаваемой в дом питьевой воды.

Не удивлюсь, если кто-то из читателей откровенно возмутится, заподозрив, что ему собрались элементарно морочить голову. Он знает, что ток в розетке либо есть, либо его по каким-то причинам нет. Последнее неприятно, нужно срочно звонить диспетчеру, чтобы тот принял меры. Но о каком качестве самой энергии здесь идет речь? Как его определять – на вкус, на цвет, на запах? Можете ерничать по этому благодатному поводу и дальше, но имейте в виду – тут ведь как в политике, если мы не займемся качеством энергии, оно само нами займется.

Цена миллисекундных отключений

Буквально под самый миллениум правительства в США и Канаде, оценив последствия от провалов напряжения (вспомните заголовки в наших изданиях – «Нью-Йорк во мраке», «Вашингтон окунулся во тьму»), организовали общенациональные энергетические обследования большинства промышленных предприятий. Целью такой профилактики (просто-таки тянет сказать «медицинской», уж очень похоже) ставилась выработка новой концепции защиты промышленного оборудования от нарушений электроснабжения. Вам интересна цена вопроса? Так вот стоимость ущерба от плохого качества электрической энергии в экономике двух крупнейших американских стран эксперты определили суммой, которая превышает 150 млрд. долл. в год.

У нас в России, как водится, официальной статистики по сему поводу не существует. Хотя, если основательно пошарить по информационным сусекам, можно обнаружить некоторые измерения местного масштаба, тоже дающие почву для размышления. Например, в Северо-Западном федеральном округе один крупный поставщик электроэнергии, которому почему-то не спалось на лаврах постоянного дохода, взял да и подсчитал, сколько перепадов напряжения случилось конкретно на 12 участках мощностью от 5 до 30 МВА и каковы оказались последствия.

Измеряли ровно 10 месяцев, на большее по каким-то причинам не хватило. За это время отметили 858 перепадов, 42 из которых повлекли ощутимые сбои в сети и финансовые потери. Что примечательно, на всех этих 12 участках основными потребителями энергии были предприятия с несложной технологией. Тем не менее, финансовые потери были оценены в сумму 600 тыс. евро, а максимальный убыток, пришедшийся на отдельно взятый участок, составил 165 тыс. евро. Особо подчеркнем, что штрафных санкций никто никому предъявлять не собирался, замеряли так, для общего интереса, а потому о «подтасовке» речи быть не может. Тогда откуда взялись те самые перепады количеством в сотни и многотысячные потери в инвалюте?

Столь пристальное внимание северо-западной статистике мы уделили не только потому, что другой нет. Тем исследователям спасибо сказать надо уже за то, что они подчеркнули назревшую, как опухоль, проблему. К сожалению, регламентируемая сегодня система защиты предприятия основана на старой, как детекторный приемник, норме проектирования, которая допускает от 2 до 3 аварийных отключений электроэнергии в год, хотя в разных регионах в настоящее время они происходят с частотой до 40 раз в год.

За последние годы характер потребления электроэнергии претерпел существенные изменения. В технологических процессах большинства предприятий, будь то завод или современная медицинская клиника, становится все больше низковольтных приводных электродвигателей, микропроцессорной техники, систем телекоммуникации. И разве вы сами не замечали, как тот же любимый всеми Интернет часто буквально обрывается короткими по продолжительности (несколько мСек) провалами и перегрузками питающего напряжения. Но если для пользователя сети такое прерывание досадно, но не страшно, то сложному автоматизированному производству провал напряжения в десятые доли секунды может грозить частичной или полной остановкой. Прямой и косвенный ущерб тогда надоест считать.

Напрашивается сакраментальный вывод, что нужно просто как следует прижать тех же энергетиков, чтобы они тщательнее следили за качеством электроэнергии в своих сетях (думается, теперь и несведущий понял, о чем мы говорим). Но дело в том, что энергосистемы, не располагая порой полной информацией о режимах работы потребительских электроустановок, никак не могут влиять на них и не имеют возможности добиться полного контроля над процессом управления, поскольку виной всему реактивная мощность.

«Незваная мощность»

Теория точна, но суха. Согласно ей, реактивная мощность (РМ) – это величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи синусоидального переменного тока. А синусоидальность потому и возникает, что потребляющие электроэнергию устройства, в которых создается магнитное поле (моторы, дроссели, трансформаторы, индукционные нагреватели, сварочные генераторы), вызывают отставание тока от напряжения (сдвиг фаз), обусловленное наличием индуктивности.

Основу любого электродвигателя или трансформатора составляют витки медного провода, намотанного на магнитную основу. Поэтому в процессе работы они уже в силу законов физики за счет высокой магнитной проницаемости и самоиндукции генерируют реактивную мощность. А та, совершая колебательные движения от нагрузки к источнику (генератору) и обратно, распространяется по сети.

Казалось бы, «незваной мощности» надо только радоваться, поскольку она ниоткуда взялась. Да вот незадача: согласно теории, РМ характеризуется задержкой (ток отстает) между синусоидами фаз напряжения и тока сети. В моменты, когда синусоиды напряжения и тока имеют противоположные знаки, мощность не потребляется нагрузкой, а подается обратно по сети в сторону генератора. И мотается эта «добавочка» на вашем же счетчике, причем не в обратную сторону.

Впрочем, генерация РМ порождает и другие отрицательные явлениями. Среди них:

• повышение активных потерь (т. к. увеличивается полная мощность);
• снижение нагрузочной способности (т. к. возрастает токовая нагрузка на питающий кабель и распределительный трансформатор);
• большее падение напряжения (из-за увеличения реактивной составляющей тока питающей сети).

Таким образом, отрицательное воздействие РМ на электрическую сеть несоизмеримо больше, чем положительное. Недаром в конце 80-х годов, т.е. во времена заката СССР, на всех промышленных предприятиях были директивно смонтированы конденсаторные батареи. К сожалению, в дальнейшие 90-е годы многие предприятия-потребители электроэнергии отключали имевшиеся у них компенсирующие устройства, не беспокоясь о поддержании их работоспособности по причине недостаточного финансирования, а некоторые – и вовсе демонтировали КРМ.

Желанный косинус

Уровень РМ двигателей, генераторов и сети предприятия в целом характеризуется коэффициентом мощности cosw – это численное отношение активной мощности к полной мощности. Например, cosw асинхронных двигателей составляет примерно 0,7; сварочных трансформаторов – примерно 0,4; cosw станков – не превышает 0,5 и т. д. Поэтому полное использование мощности сети возможно только при компенсации ее реактивной составляющей.

Компенсация реактивной мощности может быть индивидуальной (местной) и централизованной (общей). В первом случае параллельно нагрузке подключают один или несколько (батарею) косинусных конденсаторов, во втором – некоторое количество конденсаторов (батарей) подключается к главному распределительному щиту.

Индивидуальная компенсация – самый простой и наиболее дешевый способ компенсации реактивной мощности. Число конденсаторов (конденсаторных батарей) соответствует числу нагрузок, и каждый конденсатор расположен непосредственно у соответствующей нагрузки (рядом с двигателем и т. п.). Такая компенсация хороша только для постоянных нагрузок (например, один или несколько асинхронных двигателей с постоянной скоростью вращения вала), то есть там, где реактивная мощность каждой из нагрузок (во включенном состоянии нагрузок) с течением времени меняется незначительно и для ее компенсации не требуется изменения номиналов подключенных конденсаторных батарей. Поэтому индивидуальная компенсация ввиду неизменного уровня реактивной мощности нагрузки и соответствующей реактивной мощности компенсаторов называется также нерегулируемой.

Централизованная компенсация – компенсация реактивной мощности с помощью одной регулируемой установки КРМ, подключенной к главному распределительному щиту. Применяется в системах с большим количеством потребителей (нагрузок), имеющих большой разброс коэффициента мощности в течение суток, то есть для переменной нагрузки (например, несколько двигателей, размещенных на одном предприятии и подключаемых попеременно). В таких системах индивидуальная компенсация неприемлема, так как, во-первых, становится слишком дорогостоящей (при большом количестве оборудования устанавливается большое количество конденсаторов), и, во-вторых, возникает вероятность перекомпенсации (появление в сети перенапряжения).

В случае централизованной компенсации конденсаторная установка оснащается специализированным контроллером (автоматическим регулятором реактивной мощности) и коммутационно-защитной аппаратурой (контакторами и предохранителями). При отклонении значения cosw от заданного значения контроллер подключает или отключает определенные конденсаторные батареи (компенсация осуществляется ступенчато). Таким образом, контроль осуществляется автоматически, а мощность подключенных конденсаторов соответствует потребляемой в данный конкретный момент времени реактивной мощности, что исключает генерацию реактивной мощности в сеть и появление в сети перенапряжения.

Конкретное предложение

Оборудование для борьбы с РМ выпускают сейчас многие компании и у нас, и за рубежом. Для наглядности рассмотрим предлагаемое ими разнообразие на примере отечественной «Матик-электро». Оборудование для компенсации реактивной мощности с помощью низковольтных КРМ-0,4 кВ (аналог УКМ 58, АКУ, УККРМ), производимое этой компанией и оснащенное автоматическими регуляторами европейского уровня, способно почти на треть сократить расходы любого производства на электроэнергию. Конденсаторные установки существенным образом снижают нагрузку на трансформаторы и кабели и тем самым повышают надежность сетей.

Компенсация реактивной мощности осуществляется на базе высоковольтных конденсаторных установок, применяется в электросетях 6,3 / 10,5 / 35 кВ с высоковольтной нагрузкой. Конденсаторные установки компенсации реактивной мощности высоковольтные КРМ (аналог УКЛ 56, УКЛ 57) – 6,3 / 10,5 / 35 кВ производятся на реактивные мощности от 150 до 50 000 кВАр. Компенсация реактивной мощности происходит в ручном режиме, путем подключения необходимого числа батарей косинусных конденсаторов. Высоковольтные установки компенсации реактивной мощности производятся на базе компенсационных конденсаторов ведущих мировых производителей, в корпусах порошковой окраски, имеют срок службы 150 тыс. часов.

Регулируемая установка компенсации реактивной мощности в автоматическом режиме, под управлением микропроцессорного регулятора улучшает cosw путем подключения/отключения необходимого числа батарей конденсаторов. Они выпускаются с шагом от 20 до 450 кВАр и суммарной мощностью до 100 МВАр. Производятся также установки, в которых компенсация реактивной мощности осуществляется одновременно с фильтрацией гармоник в сети.

Тиристорные КУ

Такие конденсаторные установки – лучшее, а иногда и единственное решение, когда необходимо осуществлять компенсацию реактивной мощности нагрузки в короткий период времени. Конденсаторные установки с тиристорными ключами применяются в цехах с резкопеременной нагрузкой. К таким относятся цеха с большим количеством подъемно-транспортных механизмов, штамповочных установок и прессов, сварочных аппаратов.

В отличие от установок с контакторами, тиристорные КУ обладают быстродействием на 2 порядка выше, т.к. не требуется задержка срабатывания на время разряда конденсатора. В тиристорных установках после подачи сигнала на коммутацию тиристор «сам выбирает» время подключения в момент, когда напряжение в сети и на конденсаторе равны. Задержка включения составляет не более 20 мс.

При этом следует отметить, что конденсаторы подключаются без пусковых токов. Это продлевает срок службы конденсаторов. В связи с отсутствием движущихся механических контактов тиристорные конденсаторные установки имеют больший ресурс. Для защиты тиристоров применяются специальные быстродействующие предохранители.

Другие решения

Косинусные, фазовые конденсаторы для компенсации реактивной мощности используются для местной компенсации (подключение параллельно двигателям и т.п.). Большой гарантированный срок их эксплуатации (более 100 000 часов) обеспечивается передовыми разработками в области пленочных технологий для конденсаторов, в том числе – вакуумной обработкой диэлектрика. Конденсаторы для компенсации реактивной мощности производятся на напряжения от 0,4 до 10,5 кВ и мощности до 700 кВАр.

Контакторы для компенсации реактивной мощности – новое поколение электрических аппаратов на токи от 10 до 130 А с широкими функциональными возможностями и современным дизайном. Все аппараты имеют европейский и российский сертификаты и применяются в установках компенсации реактивной мощности на напряжения 0,4 – 0,69 кВ. Контакторы для установок компенсации реактивной мощности производятся на номиналы 5 – 75 кВАр и имеют контакты предвключения для ограничения тока через компенсирующий конденсатор в момент включения. Данные контакторы сглаживают пусковой ток и продлевают срок службы конденсаторов в установках компенсации реактивной мощности.

Выключатели нагрузки для установок компенсации реактивной мощности Federal и ВНК производятся с предохранителями или без них (исполнение – выключатель нагрузки) в соответствии со стандартами IEC/EN 60947-3 и ГОСТ. Они были разработаны для обеспечения мгновенного выключения цепей установок компенсации реактивной мощности с различными токами. Выключатели нагрузки незаменимы в установках компенсации реактивной мощности на большие токи – мощность свыше 200 кВАр.

Трансформаторы тока разборные TA.R (аналог Т-0.66, ТНШЛ, ТШ), на ток от 250 до 5000 А, для быстрого монтажа, предназначены для облегчения установки их на шину (от 20х30 мм до 160х80 мм) и кабель (диаметр от 20 до 80 мм). Данные трансформаторы удобны как внешний датчик тока для установок компенсации реактивной мощности.

Компенсация реактивной мощности в сетях промышленных предприятий

• О заводе
• Каталог
  • Установки компенсации реактивной мощности
    • Регулируемые конденсаторные установки КРМ (АУКРМ) – 0,4 кВ
    • Нерегулируемые конденсаторные установки КРМ (УКРМ ) – 0,4 кВ
    • Тиристорные конденсаторные установки КРМТ (АУКРМТ) – 0,4 кВ
    • Комплектующие для конденсаторных установок
  • Конденсаторы для повышения коэффициента мощности
    • Серия PSPE1 (однофазные конденсаторы)
    • Серия PSPE3 (трехфазные конденсаторы)
  • Конденсаторы для силовой электроники
    • Конденсаторы серии AFC3
    • Конденсаторы серии FA2
    • Конденсаторы серии FA3
    • Конденсаторы серии FB3
    • Конденсаторы серии FO1
    • Конденсаторы серии PO1
    • Конденсаторы серии SPC
  • Компенсирующие конденсаторы для светотехники
    • Серия K78-99 (пластиковый корпус)
    • Серия К78-99 A (алюминиевый корпус)
    • Серия К78-99 AP2 (взрывозащищенный)
  • Конденсаторы для асинхронных двигателей
    • Серия К78-98 (пластиковый корпус)
    • Серия К78-98 A (алюминиевый корпус)
    • Серия К78-98 АР2 (взрывозащищенный)
  • Сырьё и комплектующие
• Пресс-центр
• Покупателю
• Новости
• Партнеры
• Библиотека
• Контакты

• Контакты
• Покупателю
• Пресс-центр
• О заводе

• Охрана труда
• Установки компенсации реактивной мощности
  • Регулируемые конденсаторные установки КРМ (АУКРМ) – 0,4 кВ
  • Нерегулируемые конденсаторные установки КРМ (УКРМ ) – 0,4 кВ
  • Тиристорные конденсаторные установки КРМТ (АУКРМТ) – 0,4 кВ
  • Комплектующие для конденсаторных установок
• Конденсаторы для повышения коэффициента мощности
  • Серия PSPE1 (однофазные конденсаторы)
  • Серия PSPE3 (трехфазные конденсаторы)
• Конденсаторы для силовой электроники
  • Конденсаторы серии AFC3
  • Конденсаторы серии FA2
  • Конденсаторы серии FA3
  • Конденсаторы серии FB3
  • Конденсаторы серии FO1
  • Конденсаторы серии PO1
  • Конденсаторы серии SPC
• Компенсирующие конденсаторы для светотехники
  • Серия K78-99 (пластиковый корпус)
  • Серия К78-99 A (алюминиевый корпус)
  • Серия К78-99 AP2 (взрывозащищенный)
• Конденсаторы для асинхронных двигателей
  • Серия К78-98 (пластиковый корпус)
  • Серия К78-98 A (алюминиевый корпус)
  • Серия К78-98 АР2 (взрывозащищенный)
• Сырьё и комплектующие

Необходимость и целесообразность использования на объекте средств компенсации реактивной мощности, в том числе для распределительных сетей высокого (Uном>1кВ) и низкого напряжения (Uном

в силовую сеть объекта, но, как правило, со сложными расчетами и/или сомнительно корректных в техническом аспекте, что исключает возможность быстрой оценки наличия/отсутствия самой проблемыреактивной мощности для конкретного предприятия и финансовой целесообразности инвестировать в компенсацию при текущем уровне цен и тарифов на электроэнергию.

Своим действующим и потенциальным Заказчикам, предполагающим наличие проблемы реактивной мощности в силовой сети своего объекта, команда компании «Нюкон» предлагает экспресс анализ необходимости и финансовой целесообразности интеграции конденсаторных установок КРМ, УКРМ, УКМ, акцентируя внимание на том, что предлагаемые методики расчетов:

• являются не более, чем «первым приближением» экономического обоснования компенсации реактивной мощности. Т.е. они позволяют всего лишь приблизительно оценить финансовую выгоду от использования конденсаторных установок повышения коэффициента мощности (если она есть) и служат предпосылкой для разработки технико-экономического обоснования;
• затрагивают исключительно финансовые аспекты внедрения средств компенсации реактивной мощности, а техническая сторона вопроса может и должна рассматриваться только на базе скрупулезного и тщательного анализа специфики энергопотребления конкретного объекта.

Экспресс анализ необходимости и финансовой целесообразности интеграции конденсаторных установок КРМ, УКРМ, УКМ в силовую сеть объекта.

Необходимость компенсации реактивной мощности на объекте может быть превентивно оценена по коэффициенту реактивной мощности tgφ, который согласно требованиям Приказа Министерства энергетики РФ от 23 июня 2015 года N 380 «О Порядке расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств) потребителей электрической энергии» для напряжения в точке поставки потребителя электрической энергии ниже 1 кВ не должен превышать 0.35 (на практике пороговое значение tgφ, выше которого необходимы мероприятия по компенсации реактивной мощности составляет

Таблица. Коэффициенты мощности, реактивной мощности и доля реактивной мощности в % от активной в распределительных сетях высокого и низкого напряжения.

Коэффициент активной мощности	1.0	0.99	0.97	0.95	0.94	0.92	0.9	0.87	0.85	0.8	0.7	0.6	0.5	0.316
Коэффициент реактивной мощности	0.0	0.14	0.25	0.33	0.36	0.43	0.484	0.55	0.60	0.75	1.02	1.35	1.73	3.016
Реактивная мощность, % от активной мощности	0.0	14	25	33	36	43	48.4	55	60	75	102	135	173	301.6

Коэффициент реактивной мощности – отношение реактивной Q и активной Р составляющих полной мощности и может быть определен:

• по показаниям приборов учета активной и реактивной энергии на объекте tgφ = Q/P = Eq/Еw, где Ew – показания счетчика активной энергии, кВт∙ч, Eq – показатель счетчика реактивной энергии, кВАр∙ч;
• ориентировочно по таблицетипичных коэффициентов мощности/реактивной мощности для типовых производств.

Ориентировочный расчет срока окупаемости конденсаторной установки повышения коэффициента мощности может быть выполнен по формуле Ток = З1/(З2 – З3)(месяцев), где:

• З1 – суммарные стартовые вложения в компенсацию реактивной мощности (капитальные инвестиции в покупку КРМ «И» и монтаж (обычно до 15% стоимости) с учетом текущего нормативного коэффициента эффективности капитальных вложений), руб. Сегодня нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений равен норме дисконтирования (коэффициент «DF» – англ. discountfactor) и соответствует текущей учетной процентной ставке Цетробанка РФ (16 сентября 2016 года ключевая ставка снижена на 0,5 процентного пункта до 10% годовых). Т.е. «DF» = 0.1, а З1 = (И + 0.15И)*(1 + 0.1) = 1.27И
• З2 – оплата реактивной мощности без компенсации (руб.*мес./кВАр). З2 = (Eq/Т)*1.18 (с учетом НДС)*k, где k – текущий тариф оплаты реактивной энергии по используемой сетке (руб./кВАр), Т – количество часов работы предприятия в месяц (ч/мес.);
• З3 – оплата реактивной мощности при использовании конденсаторных установок повышения коэффициента мощности (руб.*мес./кВАр). Для определения объемов реактивной мощности по проектному (планируемому) коэффициенту реактивной мощности tgφ2 условно принимаем, что активная составляющая не изменяется и тогда Q2 = Р*tgφ2 = (Еw/Т)*tgφ2 (кВАр/мес.), а З3= (Еw/Т)*tgφ2*1.18 (с учетом НДС)*k

Снижение объемов реактивной мощности при компенсации может быть ориентировочно найдено по таблице ниже, и тогда (З2 – З3) = З2*Кр = = (Eq/Т)*1.18*k*Кр, а Ток = З1*Т/( Eq*1.18*k*Кр) (месяцев).