Компенсация реактивной мощности «три

Понятие об активной и реактивной мощностях

Когда электросеть включает в себя только активные нагрузочные компоненты, изменения фаз тока и напряжения совпадают друг с другом, и потребляемый ресурс ограничивается полезной мощностью (ее можно также называть активной). Но на практике сети часто включают в себя компоненты, несущие значительную индуктивную нагрузку. Продуцируемая ею реактивная мощностная компонента отличается отставанием одной из величин (напряжения либо тока) от другой. В итоге в периоды времени, когда величины имеют обратные друг другу знаки, мощность идет в сторону генератора, не выполняя полезную работу. Это приводит к тратам энергетических ресурсов вхолостую, при этом за эти траты платит потребитель.

Важно! Реактивная мощность создает избыточную нагрузку на кабельные элементы (для ее нивелирования требуется применение более толстых проводов), коммутационные и трансформаторные устройства, из-за чего они быстрее выходят из строя. Еще один побочный эффект – отклонение сетевого напряжения от номинального показателя

Фазовый сдвиг между токовой силой и напряжением

Несколько советов напоследок

В данной статье мы рассмотрели второй аспект компенсации РМ- ее энергосберегающий характер. Как показала практика, решение проблемы энергосбережения неоднозначно. При её решении выбор правильного пути реализации энергосберегающих мероприятий должен быть за специалистами.

Если вы планируете установить систему компенсации РМ на своем предприятии или модернизировать существующую, мы рекомендуем проанализировать поступившие вам предложения от разных фирм и дать ответы на следующие вопросы:

• решает ли данная фирма проблему компенсации РМ в комплексе? (обследование-анализ полученных данных-расчеты-рекомендации)
• предлагает ли услуги проектирования и монтажа УКРМ?
• вводит ли в эксплуатацию поставляемые ей установки УКРМ?
• предлагает ли гарантийное и послегарантийное обслуживание?
• имеет ли фирма свою техническую и сервисную базу?
• имеет ли продолжительный опыт в этой области и квалифицированный персонал?

Ответив на эти вопросы, можете выбирать фирму, с которой вам предстоит решать сложную, но очень важную задачу-повышение качества электроэнергии в вашей электросети.

Качество производимых конденсаторных установок

Система управления качеством Хомов электро сертифицирована в соответствии с ISO 9001 с 2011 г. Мы принимаем активное участие в работе комитетов по стандартам, разрабатывающих положения, касающиеся компенсации реактивной мощности для промышленности. Это гарантирует, что мы всегда в курсе последних изменений в нормативных требованиях, а точнее – знаем о них заблаговременно.

Контроль качества

Оборудование, выпускаемое Хомов электро, испытывается как в наших, так и в крупнейших независимых международно-признанных испытательных лабораториях, что гарантирует соответствие наиболее жестким стандартам качества.

Преимущества компенсации реактивной мощности

Электросетевые компании заставляют местных поставщиков, распределяющих электроэнергию, применять штрафные санкции к потребителям, имеющие большое заявленное потребление при среднем cos φ ниже 0,9. Поддержание достаточного коэффициента мощности позволяет потребителям избежать штрафов, которые не всегда отражены в счете за электроэнергию, и зачастую оплачиваются конечным потребителем, даже не догадывающимся об этом.

Промышленные объекты подвергаются сильному воздействию токов высших гармоник, создаваемых инверторами и другими полупроводниковыми преобразователями, компьютерами, газоразрядными лампами, регулируемыми электроприводами и т.д. Гармоники сильно влияют на работу конденсаторов применяемых в конденсаторных установках, и они постепенно теряют свои свойства. Это приводит к постепенному снижению cos φ, который может упасть ниже целевого значения 0,9. В итоге это может привести к значительным штрафам через какое-то время.

Конденсаторные установки производства Хомов электро имеет много ступеней регулирования, что позволят точнее подстроить cos φ – возможно до 19 сочетаний!

Большое количество ступеней также снижает нагрузку на механическую и электрическую части, например, за счет исключения «качаний» – явления, характерного для конденсаторных установок с небольшим числом ступеней. Конденсаторная батарея с большим числом ступеней регулирования позволят выставить желаемый cos φ при низких нагрузках, а также при сильных колебаниях потребности в реактивной энергии.

Новые электронные контроллеры NOVAR и LOVATO ELECTRIC DCRL (DCRG) позволяют гарантировать соответствие cos φ заданному даже в наихудших условиях, возможных на предприятии. Более того, благодаря современным диагностическим возможностям, можно еженедельно проверять коэффициент мощности и многие другие показатели (данные, оповещения), в том числе дистанционно, что облегчает обслуживание и контроль состояния конденсаторной установки.

Здесь находится первый резерв энергосбережения. Как оценить его потенциал?

Как известно, существует несколько видов компенсации РМ:

• единичная;
• групповая;
• общая, (централизованная).

Рассмотрим единичную компенсацию трех основных электроприемников РМ:

• силовые трансформаторы;
• сварочные аппараты;
• электродвигатели.

При единичной компенсации силового трансформатора компенсируется только реактивная мощность холостого хода трансформатора. Для трехфазных трансформаторов, в зависимости от их мощности, компенсируемая мощность составляет от 3-х до 10% от номинальной мощности трансформатора(см.талб.1).

Следовательно потенциал энергосбережения одного силового трансформатора при единичной компенсации в зависимости от его мощности составляет 3-10%.

При единичной компенсации сварочных аппаратов мощность конденсаторов составляет от 30 до 40% от его полной мощности.

Следовательно, потенциал энергосбережения сварочных аппаратов при единичной компенсации составляет 30-40%.

При единичной компенсации электродвигателей реактивная мощность конденсаторов должна соответствовать току холостого ходя электродвигателя (см.Табл.2)

При единичной компенсации электродвигателей мощность конденсаторов составляет от 30 до 40% от его полной мощности.

Следовательно, потенциал энергосбережения электродвигателей при единичной компенсации составляет 30-40%.

Таким образом, при единичной компенсации достигается максимальный эффект энергосбережения, поскольку компенсируется каждый повышенный источник потребления РМ в сети предприятия. При ограниченной мощности, передаваемой от ЭСО к потребителю эти меры дают совокупный эффект экономии электроэнергии в размере 10-20%.

Но экономически невыгодно ставить конденсаторную установку возле каждого электродвигателя, поэтому используют групповую компенсацию, которая компенсирует, например один отходящий фидер от трансформаторной подстанции. Эта мера позволяет компенсировать РМ, потребляемую группой потребителей. Хотя она не так эффективна, как единичная, но позволяет достаточно эффективно управлять потреблением РМ. 

В этом случае экономия электроэнергии составляет 5-10%. Если рассматривать групповую компенсацию с точки зрения соотношения: инвестиции/экономия энергии, то это самый оптимальный способ сокращения затрат на потребление электроэнергии.

Представляет интерес оценка технико-экономической эффективности повышения к-та мощности Cos Fi у потребителей средствами компенсации РМ (при допущении, что потребляемая активная мощность является постоянной)

В Табл.3 приведены результаты снижения нагрузки (полной мощности), а также потерь активной мощности в реальной сети предприятия до и после компенсации:

Табл. 3 Снижение потерь активной мощности

Конденсаторные установки — назначение

В большинстве промышленных и коммерческих объектов основная доля электрического оборудования представляет собой индуктивную нагрузку: асинхронные двигатели, индукционные печи, трансформаторы и лампы с ПРА. Проблемы качества электроэнергии на промышленных предприятиях растут в связи с увеличением количества двигателей, управляемых выпрямителями, и общего увеличения гармоник и интергармоник. Такие нагрузки являются причиной низкого коэффициента мощности промышленных предприятий. Низкий коэффициент мощности свидетельствует о неэффективном использовании электроэнергии и приводит к увеличению общих расходов на энергоснабжение. Эти проблемы решаются при правильном выборе конденсаторной установки для компенсации реактивной мощности.

Если коэффициент мощности предприятия низкий, оно потребляет больше мощности, чем необходимо для работы. Низкий коэффициент мощности должен быть скорректирован, так как он существенно увеличивает затраты предприятия. Обычно наиболее экономичным средством повышения коэффициента мощности является установка КРМ (Конденсаторные установки).

Компенсация реактивной мощности – это термин, относящийся к технологии, которая использовалась с начала 20 века для восстановления значения коэффициента мощности до значения, как можно более близкого к единице. Это обычно достигается подключением к сети конденсаторов, которые компенсируют потребление реактивной мощности индуктивными нагрузками и таким образом снижают нагрузку на источник. При этом не должно быть никакого влияния на работу оборудования.

Для конденсаторной установки на предприятии необходимо выбрать оптимальные тип, номинал и количество конденсаторов.

Имеются 4 способа установки конденсаторов:

• Способ 1: конденсатор на нагрузке
• Способ 2: нерегулируемая конденсаторная батарея
• Способ 3: автоматическая конденсаторная батарея
• Способ 4: сочетание способов

Конденсаторные установки с быстродействующими(статическими) тиристорами КРМТ, КРМТФ

Конденсаторные установки со статическими контакторами часто являются единственным вариантом, пригодным для сетей с сильной флуктуацией нагрузки (миллисекунды).

Основные преимущества систем со статическими контакторами:

• мгновенная реакция на изменение необходимой компенсирующей мощности
• отсутствие электромагнитного привода: полное отсутствие движущихся частей и механических деталей позволяет увеличить допустимое число срабатываний и снизить расходы на обслуживание
• отсутствие переходных процессов в цепях с коммутируемыми конденсаторами позволяет минимизировать такие явления как фликер, помехи, просадки напряжения.

Компания «Хомов электро» в соответствии с вашим запросом предложит Вам эффективное решение в области компенсации реактивной мощности и подберем тип конденсаторной установки в соотношении цена и качество. Купить или заказать конденсаторные установки Вы можете по телефонам +7 (495) 981-98-39, +7 (495) 642-58-82, +7 (498) 653-40-68

Конденсаторные установки с антирезонансными дросселями КРМФ

Системы коррекции коэффициента мощности КРМФ получили новые возможности и конструктивные исполнения.

Новые электрические характеристики:

• серия КРМФ и ЕВРО-КРМФ с антирезонансными дросселями
• наименьший шаг регулирования 5 квар
• новые опции: автоматический выключатель или выключатель нагрузки с предохранителями вместо обычного выключателя нагрузки.

Новые конструктивные особенности:

• металлические оболочки из оцинкованной стали, состоящие из стоек и съемных панелей
• комплектация полками: повышение жесткости конструкции и доступность запасных частей
• дополнительное пространство, упрощающее подключение кабелей.

Эффект, достигаемый при компенсации реактивной мощности

Применение установок компенсации реактивной мощности, в первую очередь, приводит к снижению электрических и тепловых потерь в сети и снижению нагрузки на трансформаторы.

За счет становится возможным увеличить количество потребителей, подключенных к сети, используя уже имеющееся оборудование, не устанавливая дополнительных трансформаторов, не подводя дополнительные линии. При этом количество подключённых потребителей может быть увеличено до 30%.

Как уже говорилось выше, при компенсации сокращаются тепловые потери, что позволяет устранить перегрев кабельных линий, автоматов, контакторов, и, в конечном счете, трансформатора. В результате оборудование реже выходит из строя и снижаются затраты на текущий ремонт.

Основной эффект от применения устройств компенсации реактивной мощности выражается в следующих моментах:

• Экономический эффект при внедрении УКРМ – от 5 до 30%, за счет снижения потерь в кабельных линиях и оплаты за реактивную энергию;
• Разгрузка кабельных линий;
• Увеличение срока службы коммутационного оборудования;
• Снижение аварийности;
• Возможность подключения на ту же выделенную мощность дополнительного оборудования.

Типы установок компенсации реактивной мощности УКРМ

В компания Хомов электро вы можете купить УКРМ по лучшей цене следующих типов:

УКРМ с фиксированной мощностью

Состоят из конденсаторных модулей и реакторов, размещенных в общей оболочке. Установка компенсации реактивной мощности подключается непосредственно к нагрузкам и работает в длительном режиме, выдавая фиксированную реактивную мощность. Такие батареи подходят для работы с крупными электрическими машинами, работающими с постоянной нагрузкой.

УКРМ с фиксированной мощностью либо жестко подключаются к нагрузке, либо могут отключаться коммутационными аппаратами, установленными в распредустройстве Заказчика.

УКРМ с фиксированной мощностью и коммутационным аппаратом

Конструкция таких УКРМ в целом аналогичная конструкции батарей с фиксированной мощностью, но в их состав введен коммутационный аппарат (разъединитель, контактор или выключатель). Это позволяет подключать их к сети или выводить из работы в любое время.

УКРМ автоматические

Такие установки компенсации реактивной мощности состоят из нескольких ступеней регулирования, включающих в себя конденсаторные модули, реакторы и коммутационные аппараты, размещенные в общей оболочке. Автоматические УКРМ позволяют изменять реактивную мощность в соответствии с текущим состоянием нагрузки.

Управление различными ступенями в зависимости от величины необходимой мощности и контроль состояния системы осуществляются контроллером на базе микропроцессора. Контроллер также выдает информацию, относящуюся к сети, и формирует аварийные сообщения.

Конфигурация УКРМ

Установка компенсации реактивной мощности обычно состоит из вводной ячейки с размещенными в ней выключателем, заземляющим разъединителем, реле защиты и цепями управления. Рядом с ней устанавливаются одна или несколько ячеек, содержащих конденсаторы, реакторы, предохранители и коммутационные аппараты. Батареи могут иметь множество опций и конфигураций, позволяющих соответствовать практически любым требованиям Заказчика.

Защитные устройства УКРМ

В типичной системе могут использоваться следующие защитные устройства:

• Конденсаторные модули со встроенными предохранителями и разрядными резисторами
• Защита от небаланса
• Защита от перегрузки по току и замыкания на землю
• Защита от повышения и понижения напряжения
• Дуговая защита с датчиками электрической дуги
• Оболочки, испытанные на электродинамическую стойкость
• Контроль температуры внутри ячеек
• Высоковольтные предохранители с высокой отключающей способностью и индикацией срабатывания
• Заземляющие разъединители
• Трансформаторы для быстрого разряда конденсаторов

Коммутационные аппараты УКРМ

Используются коммутационные аппараты, рассчитанные на работу с конденсаторами, такие как разъединители, вакуумные или элегазовые контакторы и выключатели.

Реакторы УКРМ

В зависимости от уровня гармоник в сети, к которой подключается батарея, и необходимого количества ступеней, она может оснащаться токоограничивающими и фильтрующими реакторами (как воздушными, так и с магнитопроводом).

Конденсаторные модули

В зависимости от способа соединения конденсаторов батареи могут быть разделены на две группы. Батареи с однофазными конденсаторными модулями, соединенными в звезду или двойную звезду, имеют мощность до 12 000 квар и рабочее напряжение до 36 кВ. Батареи с трехфазными модулями, соединенными в звезду, имеют мощность до 10 000 квар и рабочее напряжение до 10,5 кВ.

Дополнительные компоненты

Индикаторы напряжения, вентиляторы, кондиционеры и противоконденсационные обогреватели, клеммы заземления, клапаны сброса давления, освещение внутри шкафов, замки с ключом, электрические блокировки, ключевые блокировки, кабельные вводы снизу и сбоку, концевые выключатели дверей.

Установка

Установка конденсаторных батарей шкафного исполнения возможна в любой точке сети. После выполнения измерений, когда известен уровень гармоник, можно выбрать способ компенсации

• Индивидуальная компенсация: батарея подключается непосредственно к выводам нагрузки
• Групповая компенсация: батарея подключается к распредсистеме, питающей группу индивидуальных нагрузок
• Централизованная компенсация: батарея подключается к главным шинам системы электроснабжения, питающей множество индивидуальных нагрузок

Особенности конденсаторных установок УКРМ

• Компактная и прочная модульная конструкция УКРМ позволяет наращивать мощность системы и упрощает транспортировку, хранение и монтаж.
• Шкафы из стали пригодны как для внутренней, так и для наружной установки и могут иметь различные системы вентиляции. Степень защиты – от IP30 до IP54.
• Конструкция и методики испытаний соответствуют последним версиям относящихся к ним стандартов и могут быть адаптированы под требования Заказчика.
• Простота конструкции и хорошо зарекомендовавшие себя компоненты УКРМ обеспечивают высокую надежность и позволяют снизить эксплуатационные расходы.
• Несколько протоколов связи и возможность использования датчиков электрической дуги для релейной защиты.
• Установки компенсации реактивной мощности УКРМ проходят заводские испытания и поставляются в полностью собранном виде, готовыми к подключению.

Риски перекомпенсации реактивной мощности в промышленных сетях электроснабжения

Двигателя мощных электронасосов сетей водо-/теплоснабжения, трансформаторы электропечей с технологическими процессами изменения температуры во времени, электродвигатели клетей прокатных станов, компрессоры и трансформаторы автоклавов для синтезного твердения ячеистых бетонов, трансформаторы индукционных печей и т.д. и т.п. работают в режимах с быстрым, часто скачкообразным изменением потребляемого тока нагрузки, как правило зависящим от внешних условий и сложно прогнозируемым.

Это в итоге определяет динамичность соотношения активного тока (тока нагрузки), синфазного напряжению и реактивного тока, синусоида которого смещена относительно синусоиды напряжения на π радиан и идущего на намагничивание обмотки трансформатора/двигателя, нагрев, преодоление сил трения и пр., а значит и динамичность угла запаздывания общей синусоиды тока относительно синусоиды напряжения и величины косинуса (тангенса) этого угла — по факту коэффициента реактивной мощности.

Т.е., как при групповой, так и при индивидуальной компенсации трансформаторов и электродвигателей (групп трансформаторов/электродвигателей) оборудования/производственных линий и простых и сложных технологических процессов в подавляющем большинстве случаев коэффициент мощности не является статичной величиной. Поэтому при использовании для коррекции коэффициента мощности компенсационных установок с ручным управлением (нерегулируемых в автоматическом режиме) велики риски, как недокомпенсации, так и перекомпенсации реактивной мощности с «выбросом» в сеть емкостных токов, так же негативно влияющих на уровень сетевого напряжения и качество электроэнергии, как и реактивные токи.

ООО «Нюкон»

Предисловие

Почему «три в одном»?. По нашему мнению существуют следующие аспекты компенсации реактивной мощности (РМ):

• РМ как фактор качества электроэнергии; (см. статью о влиянии реактивной мощности (РМ) на качество электроэнергии от 21.11.2008)
• РМ как фактор энергосбережения;
• РМ как фактор экономии денежных ресурсов. (см. статью о компенсации РМ из различных источников)

В продолжение ранее начатой темы мы рассмотрим РМ как фактор энергосбережения. Здесь нужно оговориться. Дело в том, что сам автор считает термин «Энергосбережение» не вполне корректным, потому- что лучшее энергосбережение- это просто выключить рубильник и не потреблять. Тогда вы сэкономите всю электроэнергию. Наша задача иная, -показать, что при грамотном расходовании электроэнергии на производстве и в быту, можно добиться впечатляющих результатов в деле снижения удельного потребления электроэнергии, т.е. снизить % долю электроэнергии в себестоимости продукции за счет рационального перераспределения и эффективного использования её внутри предприятия. А для этого нужно научиться эффективно управлять потреблением электроэнергии.

Цель этой статьи: собрать воедино разрозненную информацию о влиянии РМ на потребление электроэнергии с точки зрения энергосбережения, проанализировать это влияние и представить на суд читателей для более полного понимания сути этой проблемы.

Эта статья обращена прежде всего к тем, кто не знает об огромном потенциале РМ как энергосберегающего фактора, либо недооценивает этого влияния.

Основной принцип, который необходимо знать и применять для решения проблем энергосбережения, заключается в том, что даже самые дорогие инвестиции не дадут ожидаемых результатов, если перед этим не провести точного технико-экономического анализа.

Как известно, для создания магнитного поля электродвигателя необходим реактивный ток.

Поэтому производственные мощности (ЛЭП, генераторы, трансформаторы и т.д) рассчитаны на эту дополнительную часть тока (см. рис 1.) и передают ее по сетям.

Рис.1 Векторная диаграмма полной мощности до и после компенсации РМ
До	После

Но при этом передаваемая от энергоснабжающей организации к потребителю РМ должна быть как можно меньше, чтобы не загружать дополнительно трансформаторы, линии этим током.

Поэтому требуется компенсировать РМ в месте ее повышенного потребления, т.е. у потребителя. Соотношение активной мощности к полной и есть Cos Fi

Cos Fi= P/S

Необходимая мощность конденсаторных установок определяется так:

Qc=P(tg F1-tgF2)

Каждый электроприемник предназначен для работы при номинальных (или близких к ним) параметрах электрической энергии (напряжении, частоте, Cos Fi и т. п.), и для его нормальной работы должно быть обеспечено требуемое качество электроэнергии. Поэтому, если качество электроэнергии не соответствует необходимым параметрам ( а все мы знаем, что это случается сплошь и рядом, то соответственно все электроприемники работают не в номинальном режиме и потребляют больше электроэнергии. Чтобы избежать излишнего потребления электроэнергии, предусматривают мероприятия по компенсации РМ.