Что такое укрм и какие проблемы решает устройство?

Снижение потерь при передаче электроэнергии с помощью БСК

Доля технологических потерь электроэнергии в распределительных электрических сетях напряжением 6—10 кВ в среднем составляет 8—12% от величины электроэнергии, отпущенной в сеть данного напряжения. Величина потерь электроэнергии определяется параметрами электрической схемы, конструкцией сетей и режимом нагрузки. Как показали расчеты для реальных сетей 10 кВ, потери электроэнергии существенно зависят от величины реактивной мощности, передаваемой потребителям по элементам сети. Например, при изменении коэффициента мощности (tg φ) от 0,5 до 0,8 потери электроэнергии увеличиваются примерно на 20%.

Анализ показаний счетчиков активной и реактивной электроэнергии показал, что значения коэффициентов мощности на шинах 10 кВ источников питания и на подстанциях 35—110/10 кВ изменяются в процессе эксплуатации и достигают значений 0,77—0,85. То есть, потери электроэнергии при передаче реактивной мощности становятся существенными.

Эффективным способом снижения потерь электрической энергии в сетях 10 кВ является установка батарей статических конденсаторов.

Выбор мощности и мест установки компенсирующих устройств проводится по условию минимума приведенных затрат с учетом стоимости компенсирующих устройств и ожидаемой экономии от снижения потерь электрической энергии.

Выбор устройства КРМ

Устройства КРМ выбираются по следующим техническим характеристикам:

• номинальная мощность;
• номинальное напряжение;
• номинальный ток;
• количество подключаемых ступеней;
• необходимость защиты от резонансных явлений с помощью реакторов.

Необходимая мощность набирается ступенями по 25 и 50 квар, при этом количество ступеней не должно превышать количество выходов контроллера, устанавливаемого в установку КРМ, так как к каждому выходу может быть подключена одна ступень.

Количество выходов контроллера обозначается цифрой, например, RVC6 (фирмы АББ) имеет 6 выходов.

В случае необходимости защиты от резонансных явлений требуется применение защитных реакторов (трехфазных дросселей), в таком случае должны выбираться установки, например типа MNS MCR и LK ACUL (фирмы АББ).

Пример выбора устройств КРМ

Ниже приведен пример выбора устройств КРМ для сети, показанной на рис.2.

Рис.2 – Однолинейная схема ГРЩ без УКРМ

Технические характеристики устройств, образующих сеть, следующие:

Питающая сеть:

• Номинальное напряжение 10 кВ;
• Частота 50 Гц;
• Коэффициент мощности cosϕ = 0,75;

Трансформаторы 1, 2:

• Номинальное напряжение первичной обмотки 10 кВ;
• Номинальное напряжение вторичной обмотки 400 В;
• Номинальная мощность S = 800 кВА;

Данные по кабелям и нагрузкам, подключаемым через вторичные распределительные щиты, представлены в таблице 1.
Таблица 1

Выбор места установки устройства КРМ

В качестве места установки устройств КРМ приняты главные распределительные шины, как показано на рис. 3.

Рис.3 – Однолинейная схема ГРЩ с УКРМ

1. Требуемые мощности устройств определим по формуле:

2. Суммарные активные мощности нагрузок, получающих питание от каждого из двух трансформаторов, определим по формуле:

подставив значения из таблицы 1, получим:

суммарная нагрузка на первый трансформатор:

суммарная нагрузка на второй трансформатор:

3. Определяем средневзвешенный cosφ для первого трансформатора по формуле:

4. Определяем средневзвешенный cosφ для второго трансформатора по формуле:

5. Определим коэффициент Кс при помощи таблицы 2, учитывая, что требуемый cosφ₂ = 0,95.

Получим:

• для первого устройства КРМ Кс1 = 0,474;
• для второго устройства КРМ Кс2 = 0,526.

6. Зная для каждого трансформатора Кс и P, определим требуемые мощности устройств КРМ:

для первого трансформатора:

для второго трансформатора:

Расчет мощности устройства КРМ на основе баланса мощности

7. Определим мощность устройства КРМ по формуле .
• для первого трансформатора:

для второго трансформатора:

где:

• Р – суммарная нагрузка на трансформатор, кВт;
• tgϕ1 – фактический тангенс угла до применения установки КРМ;
• tgϕ2 – требуемый тангенс угла;

8. Определяем tgϕ1 и tgϕ2 зная cosϕ1 и cosϕ2:

для первого трансформатора tgϕ1:

для первого и второго трансформатора tgϕ2:

для второго трансформатора tgϕ1:

Как видно из двух вариантов расчета мощности КРМ, значения требуемой мощности практически не отличаются. Какой из вариантов выбора мощности устройства КРМ использовать, решайте сами. Я принимай мощность устройства КРМ по варианту с определением коэффициента Кс по таблице 2.

Соответственно принятая требуемая мощность устройства КРМ составляет 270 и 300 квар.

9. Рассчитаем номинальный ток устройства КРМ для первого трансформатора:

10. Рассчитаем номинальный ток устройства КРМ для второго трансформатора:

Защита УКРМ

При выборе автоматических выключателей для защиты устройства КРМ, нужно руководствоваться ПУЭ 7-издание пункт 5.6.15. Согласно которому аппараты и токоведущие части в цепи конденсаторной батареи должны допускать длительное прохождение тока, составляющего 130% номинального тока батареи.

Определяем уставку по защите от перегрузки:

• для УКРМ1: 390*1,3 = 507 А;
• для УКРМ2: 434*1,3 = 564 А

Уставка защиты от КЗ должна быть нечувствительна к броску тока. Уставка составляет 10 x In.

Определяем уставку защиты от КЗ:

• для УКРМ1: 390 x 10 = 3900 А;
• для УКРМ2: 434 x 10 = 4340 А

Проверка установки КРМ на отсутствие резонанса

В данном примере проверка установки КРМ на отсутствие резонанса не выполнялась, из-за отсутствия нелинейной нагрузки, а также отсутствия существенных искажений в сети 10 кВ.

В случае же, если у Вас преобладает нелинейная нагрузка, нужно выполнить проверку УКРМ на отсутствие резонанса, а также выполнить расчет качества электрической энергии после установки УКРМ и загрузку батарей статических конденсаторов (БСК).

Для удобства расчета по выбору устройства компенсации реактивной мощности, я к данной статье прикладываю архив со всей технической литературой, которую использовал при выборе УКРМ.

Литература:

Компенсация реактивной мощности в сетях 0,4 кВ: как?

Установка конденсаторной батареи позволяет уменьшить реактивную мощность, потребляемую индуктивными нагрузками, и, соответственно, повысить коэффициент мощности – скомпенсировать реактивную мощность в сети.

Желательно иметь cos φ чуть больше 0,9, поскольку, с одной стороны, это позволяет избежать штрафных санкций за низкий коэффициент мощности. При этом cos φ не должен быть слишком близок к единице, что избежать опережающих токов в системе при случайной перекомпенсации.

Оптимальный выбор оборудования для коррекции коэффициента мощности будет зависеть от типа имеющихся нагрузок и режимов их работы.

Прежде всего, следует выбрать между ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ КОМПЕНСАЦИЕЙ и ИНДИВИДУАЛЬНОЙ КОМПЕНСАЦИЕЙ.

Индивидуальная компенсация реактивной мощности: компенсирующее устройство устанавливается непосредственно на нагрузке (например, на зажимах двигателя).

Централизованная компенсация реактивной мощности: используется только одна конденсаторная батарея, которая устанавливается на главном распределительном щите или подстанции.

Индивидуальная компенсация реактивной мощности является самым технически простым решением: конденсатор включается и выключается вместе с относящейся к нему нагрузкой, поэтому компенсация соответствует cos φ нагрузки и синхронизирована с ее суточными колебаниями.

Другим преимуществом индивидуальной компенсации реактивной мощности в сетях 0,4 кВ является простота установки оборудования и низкая цена.

Суточные колебания нагрузки являются основополагающим фактором при выборе наиболее подходящего способа компенсации.

Во многих системах не все нагрузки задействованы одновременно, и некоторые из них работают всего несколько часов в день.

Очевидно, что индивидуальная компенсация реактивной мощности в этом случае становится слишком дорогой из-за необходимости установки большого количества конденсаторов. При этом основная масса конденсаторов не будет использоваться большую часть времени.

Индивидуальная компенсация реактивной мощности в сетях 0,4 кВ наиболее эффективна, если большая часть реактивной мощности потребляется несколькими мощными нагрузками, которые работают подолгу.

Централизованная компенсация реактивной мощности наиболее выгодна там, где нагрузка многократно изменяется в течение дня.

Если потребность в реактивной мощности сильно колеблется, целесообразно использовать батареи с автоматическим регулированием, а не конденсаторы, емкость которых постоянна.

Состав установок КРМ 6(10) кВ

УКРМ комплектуется из отдельных шкафов (модулей), в каждом из которых размещается аппаратура одного функционального назначения и присоединения к сборным шинам.

В стандартный комплект поставки УКРМ входят: 

• шкафы УКРМ в соответствии с опросным листом заказа;
• комплект эксплуатационных принадлежностей согласно спецификации на заказ (рукоятки оперирования разъединителем, ключи для электромагнитных блокировок и ключи от дверей отсеков шкафов УКРМ);
• комплект монтажных принадлежностей согласно рабочей документации по заказу (контрольные кабели, жгуты соединительные, сборные шины, проходные и тупиковые изоляторы сборных шин, панели под изоляторы, метизы и смазка);
• комплект ЗИП по нормам завода-изготовителя (предохранители, метизы, краска, лампы освещения, наконечники и трубки для маркировки проводов и т.п.);
• паспорт;
• руководство по эксплуатации;
• рабочая документация, содержащая принципиальные и монтажные электрические схемы главных и вспомогательных цепей, монтажные чертежи сборных шин и шин заземления, а также чертежи общего вида УКРМ.

 Типы оборудования, применяемого в УКРМ:

Конструкция шкафов УКРМ с разъединителем и кабельными вводами обеспечивает возможность подключения высоковольтных кабелей сечением до 240 мм².

По согласованию с заводом изготовителем в шкафах УКРМ возможно применение оборудования других предприятий-изготовителей.

Как правило, принципиальные схемы вспомогательных цепей УКРМ предоставляются заказчиком. При отсутствии таких схем предприятие-изготовитель может предоставить заказчику типовую схему для согласования их применения или корректировки.

Возможно выполнение схем вспомогательных цепей УКРМ по Техническому заданию Заказчика.

Монтаж вспомогательных цепей в пределах УКРМ производиться многопроволочным проводом или кабелем с медными жилами с сечением не менее 2,5 мм² для токовых цепей и не менее 1 мм² для остальных цепей.

Принципиальные и монтажные схемы вспомогательных цепей входят в состав рабочей документации УКРМ, поставляемой с заказом. 

Батареи статических конденсаторов (БСК)

Батареи статических конденсаторов на напряжения 6, 10, 35, 110 × 220 кВ мощностью от 5 до 200 МВАр производятся на базе косинусных однофазных конденсаторов, путем параллельно-последовательного соединения их в звезду или треугольник в зависимости от режима работы нейтрали.

Внедрение батарей статических конденсаторов позволяет увеличить напряжение на шинах подстанций на 3—4%, снизить потери в сетях 6—110 кВ, скорректировать перетоки энергии и урегулировать напряжение в энергосистеме.

Кроме того, при превалировании тяговой нагрузки, вследствие ее неравномерности и обусловленной тем самым неравномерной загрузки линий, возникает необходимость регулировать показатели качества передаваемой электроэнергии применением компенсирующих устройств (БСК или реакторов, в зависимости от режима).

Конструкция и принцип действия

Конденсаторные установки представляют собой группу параллельно соединенных конденсаторов необходимой емкости. Автоматизированные конденсаторные установки обеспечивают ступенчатое регулирование реактивной мощности. Переключение ступеней осуществляется электромеханическими контакторами. За соответствием коэффициента мощности требуемому значению следит микропроцессорное устройство регулирования реактивной мощности.

Для защиты конденсаторов от перегрузки токами высших гармоник конденсаторная установка снабжается дросселем. В автоматизированных конденсаторных установках дросселем защищена каждая ступень регулирования.

Конденсаторные установки номинальным напряжением 6…10 кВ набираются из нескольких однофазных или трехфазных конденсаторов. ВАРТЭК имеет в своей номенклатуре различные типы конденсаторных установок, различающихся по:

• номинальной мощности;
• номинальному напряжению;
• конструктивному исполнению (наличие гармоник, разделение на секции или ступени и т. д.);
• способу установки (внутренняя или наружная);
• степени защиты (IP00 — открытое исполнение, IP31 — исполнение в шкафу).

Эффективность применения конденсаторных установок

То, насколько выгодным окажется использование агрегата, зависит от правильного выбора способа подключения и дальнейшего обслуживания.

Выбор режима компенсации

Существуют следующие схемы компенсации:

1. Централизованная на одной из сторон – там, где присутствует максимальное для подстанции напряжение (6 и более киловатт) или минимальное (400 ватт). Такой принцип подключения обеспечивает разгрузку от индуктивной мощности сетей с высоким напряжением, во втором варианте – еще и трансформаторных устройств, относящихся к подстанции (поэтому этот вариант значительно выгоднее).
2. Групповая – агрегат ставят в цеховом помещении, подсоединяют к распределительной точке или шинке на 400 ватт. Тогда без разгрузки обходятся только сети, ведущие к единичным приемникам.
3. Индивидуальная – агрегат соединяют напрямую с оборудованием, нуждающимся в разгрузке от реактивной мощности. КПД разгрузки максимальный.

Режимы компенсации

Выбор типа компенсации

Различные типы компенсации реактивной нагрузки отличаются схемами подключения и особенностями управления.

Нерегулируемая компенсация

Здесь к требующему разгрузки оборудованию напрямую или к питающей его шине подсоединяется батарея конденсаторов со стабильной емкостью. Управление реализуется посредством автоматического выключателя или контакторного механизма.

Автоматическая компенсация

Подразумевает поддержание мощностного коэффициента на определенном уровне через контроль продуцируемой индуктивной энергии сообразно с колебаниями нагрузки. Используются специальные батареи и электронное управление.

Динамическая компенсация

Применяется для работы с часто и резко меняющимися нагрузками. Помимо батареи конденсаторов, задействуется электронное устройство, нивелирующее реактивные потери.

Учет условий эксплуатации и содержания гармоник в сети

Установку нужно приобретать, принимая во внимание будущие условия обслуживания в течение всего периода использования

Учет условий эксплуатации

При планировании использования агрегата нужно учитывать:

• наибольшее годовое число коммутаций;
• температуру воздуха;
• возможные скачки электротока, обусловленные изменениями в кривой напряжения.

Учет воздействия гармоник

Если в сети нет нелинейных нагрузок, используются типовые конденсаторные элементы, при наличии слабовыраженных – детали с большим номиналом. Если нагрузок такого типа много, в ход идут высокоемкие конденсаторы с катушками, предотвращающими резонанс.

Конструкция и принцип действия

Конструкция установки

Агрегат состоит из пяти функциональных блоков:

• Батарей-конденсаторов, которые соединяются по схеме «треугольник» с разрядными резисторами.
• Пускателей и дополнительной контактной группы, которые обеспечивают предварительный заряд конденсирующих батарей.
• Предохранителей, минимизирующих риски поломок из-за резких скачков напряжения.
• Разъединителя (в некоторых моделях автоматического выключателя).
• Регулятора коэффициента мощности.

Компенсация реактивной мощности происходит по следующей схеме:

Измерительная система в электронном формате выполняет контроль реактивной и активной энергии (измеряет напряжение токов в сети).

Контроллер (регулятор) проводит замеры мощности, подключая или отключая конденсаторы по мере необходимости. На основании замеров и измерений показания сравниваются с эталонной величиной, при наличии отклонений от заданных параметров устройство переключает аппарат для обеспечения необходимого значения. Проще говоря, УКРМ обеспечивает снижение реактивной энергии при минимальном цикле переключений, чем повышает КПД энергоносителей и снижает риск неисправностей комплектующих электросетей.

Прибор регулярно измеряет расхождение фаз тока и напряжения и меняет свою емкость в зависимости от потребительской необходимости

Понятие об активной и реактивной мощностях

В электрический цепях, содержащих комбинированную нагрузку, полная мощность, потребляемая от сети, складывается из активной мощности, совершающей полезную работу, и реактивной мощности, расходуемой на создание магнитных полей и создающей дополнительную на грузку на силовые линии питания.  Соотношение между полной и активной мощностью, выраженное через косинус угла между их векторами (cosφ), называется коэффициентом мощности.

В электрических сетях, содержащих только активную нагрузку (лампы накаливания, электронагреватели и др.) ток и напряжение изменяются синфазно, и из сети потребляется только полезная активная мощность.

Но в реальной жизни это бывает достаточно редко. 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).

Реактивная мощность характеризуется задержкой (в индуктивных элементах ток по фазе отстает от напряжения) между синусоидами фаз напряжения и тока сети.

Отставание тока по фазе от напряжения в индуктивных элементах обуславливает интервалы времени, 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 рассеиваясь в активных элементах, а совершает колебательные движения (от нагрузки к генератору и обратно).

Показателем потребления реактивной мощности является коэффициент мощности (КМ), численно равный косинусу угла (φ) между током и напряжением. КМ потребителя определяется как отношение потребляемой активной мощности к полной, действительно взятой из сети, т.е. cos(φ)=P/S.

Появление реактивной составляющей в сети можно отобразить на векторных диаграммах следующим образом:

Этим коэффициентом принято характеризовать уровень реактивной мощности двигателей, генераторов и сети предприятия в целом.

Чем ближе значение cos(φ) к единице, тем меньше доля взятой из сети реактивной мощности

Для большинства промышленных потребителей наличие в сетях реактивной энергии означает следующее: по сетям между источником электроэнергии и потребителем кроме совершающей полезную работу активной энергии протекает и реактивная энергия, не совершающая полезной работы и направленная только на создание магнитных полей в индуктивной нагрузке.  Протекая по кабелям и обмоткам трансформаторов, реактивный ток снижает в пределах их пропускной способности долю протекаемого по ним активного тока, вызывая при этом значительные дополнительные потери в проводниках на нагрев — т.е. активные потери. Из этого следует, что согласно современным правилам расчета за электроэнергию, потребитель вынужден как минимум дважды платить за одни и те же непроизводительные затраты. Один раз — непосредственно за потребленную из сети реактивную энергию (по счетчику реактивной энергии) и второй раз — за нее же, но косвенно, оплачивая активные потери от протекания реактивной энергии, учитываемые счетчиком активной энергии.

            Таким образом, наличие реактивной мощности является паразитирующим фактором, неблагоприятным для сети в целом. В результате этого: 

• увеличиваются расходы на электроэнергию;
• приходится платить штрафы за снижение качества электроэнергии пониженным коэффициентом мощности
• возникают дополнительные потери в проводниках вследствие увеличения тока;
• увеличивается нагрузка на трансформаторы и коммутационную аппаратуру, таким образом, снижается срок их службы
• увеличивается нагрузка на провода, кабели — приходится использовать большего сечения;
• отклоняется напряжение сети от номинала (падение напряжения из-за увеличения реактивной составляющей тока питающей сети).
• увеличивается уровень высших гармоник в сети

Назначение

Конденсаторные установки серии ВАРНЕТ предназначены для компенсации реактивной мощности потребителей в сетях трехфазного переменного тока частотой 50 Гц с номинальным напряжением 0,4…10 кВ. Применение установок серии ВАРНЕТ позволяет решить комплекс задач по энергосбережению, улучшению качества электроэнергии и повышению пропускной способности сети.

Выбор конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности:

• нерегулируемые установки ВАРНЕТ-НС;
• нерегулируемые установки с фильтром высших гармоник ВАРНЕТ-НФ;
• автоматические установки ВАРНЕТ-АС;
• автоматические установки с фильтрами высших гармоник ВАРНЕТ-АФ;
• высоковольтные установки номинальным напряжением 6 и 10 кВ ВАРНЕТ-ВА (ВН).

Производитель

ГК Таврида Электрик, АО
Российская научно-производственная компания «Таврида Электрик» образована в 1990 году. Компания специализируется на разработке и производстве инновационной вакуумной коммутационной техники, интеллектуальных аппаратов для автоматизации сетей и подстанций, алгоритмов защит и автоматики распределительных сетей, комплектных распределительных устройств в классе напряжений до 35 кВ.

Сегодня «Таврида — это международный электротехнический холдинг, поставляющий продукцию из России в 80 стран мира. Около 70 предприятий образуют группу «Таврида Электрик». В подразделениях компании работает около 3000 человек. Организационная структура «Таврида Электрик» включает в себя центральную группу компаний, отвечающую за общее управление, научные исследования и разработки, проектирование и производство модулей и компонентов, а также блок региональных отделений в 22 странах, обеспечивающих проектирование, производство, продажи и продвижение конечных продуктов, удовлетворяющих условиям национальных рынков.

По объемам производства и поставок на мировой рынок ключевых продуктов в среднем классе напряжения «Таврида Электрик» входит в число мировых лидеров.

Что такое УКРМ

Устройство компенсации реактивной мощности – устройство, поглощающее «лишнее» электричество, не приносящее пользы.

Поток электричества с УКРМ и без установки

Чем мощнее энергопоток по кабелям, тем больше излишков остается из-за колебаний потоков. Результат: износ и перегрев проводов, нецелевые расходы электроэнергии (переплаты), при использовании мощного оборудования повышен риск поломки техники.

Группа «РУСЭЛТ» выпускает приборы для использования в промышленности. В зависимости от условий эксплуатации мы предлагаем различные модели устройств:

• КРМ-0,4(от 20 до 1000 кВар) – используются для автоматического и ручного регулирования мощности;
• КРМ-Ф (от 20 до 1000 кВар) кроме компенсации выполняют вторую немаловажную функцию – фильтрации;
• КРМ-MINI (20, 30, 40 кВар) – управляемые устройства, компенсирующие мощность электричества в сетевых кабелях.

Приборы рассчитаны на промышленную эксплуатацию в умеренных климатических условиях. Полная работоспособность сохраняется в температурном диапазоне -40-+40°С, рекомендованная влажность до 80%.

Технические характеристики УКРМ среднего напряжения

*) По требованию заказчика

Характеристики управляющего контроллера

• Цифровое программирование
• Раздельный вход напряжения
• Программная защита конденсаторов от перегрузки гармониками
• Встроенный датчик температуры с релейным выходом
• Интерфейс передачи данных RS-232*, RS-485*, Wi-Fi*, GPRS*
• Измерение и контроль напряжения, тока (фазные, линейные), косинуса, коэф. мощности и др.
• Регулирование по tg(φ), напряжению*
• Возможность работы с поддержанием в заданных пределах одного из трёх значений косинуса фи, выбираемого оператором дистанционно
• Регулируемое время задержки на включение
• Ведение журнала событий (возможность записи параметров тока, напряжения и др. для дальнейшего анализа причины аварии)

Защита

• Ограничение по току
• Ограничение по напряжению
• Контроль по гармоническим составляющим
• Защита от перенапряжений
• Защита от открытия дверей во время работы установки
• Защита от перегрева и переохлаждения
• Разрядные резисторы, встроенные в конденсаторы
• Принудительная вентиляция
• Блокировка двери конденсаторной установки (электромагнитный блок – замок на двери шкафа)
• Блокировка подачи напряжения на конденсаторную установку при открытых дверях
• Перегрузка по току, малый ток, несимметрия токов
• Потеря и превышение напряжения
• Высоковольтные предохранители на каждую ступень (защита от токов короткого замыкания)
• Токоограничивающий реактор на каждую ступень или защита от перегрузок гармониками (фильтры гармоник)
• Защита от грозовых импульсов и импульсных перенапряжений – ограничители перенапряжений ОПН

Скачать: