Снижение потерь электроэнергии в электрических сетях — одна их важнейших задач в электроснабжении, особенно актуальная для крупных энергоемких предприятий. Компенсация реактивной мощности является одним из путей достижения данной цели.

Эта технология позволяет минимизировать потери энергии при передаче и улучшить энергетические характеристики на стороне потребителя: повысить коэффициент мощности оборудования — для потребителя, и понизить вредные гармоники питающего напряжения — для сети и поставщика.

Практически это значит, что к устройству постоянной нагрузки присоединяется компенсирующий конденсатор расчетной емкости (соответствующей реактивной мощности), а если нагрузка переменная, то в ход идут автоматические конденсаторные установки. И в том и в другом случае в итоге достижима отчетливая картина энергосбережения.

Изначально львиная доля элементов системы электроснабжения и электроприемников переменного тока, обладающих индуктивностью, потребляет наряду с активной мощностью еще и реактивную мощность, которая необходима для создания электромагнитных полей: в электродвигателях, трансформаторах, преобразователях напряжения, линиях электропередач, даже в лампа накаливания и т. п.

Циркуляция в линиях реактивной мощности негативно сказывается на работе энергосистемы в целом в силу снижения пропускной способности линий, трансформаторов и т. д., вызывая нагрев проводов, в конце концов — требует бОльшей полной мощности от поставщика.

Но если реактивная мощность — это часть полной мощности, неизбежно затрачиваемая на электромагнитные процессы в нагрузке, имеющей емкостную и индуктивную составляющую, то почему бы не сделать так, чтобы она циркулировала не по всей системе электропередач, а только между потребителем и местным конденсатором? Именно для этого и служат УКРМ — установки компенсации реактивной мощности.

Конденсаторной установкой компенсации реактивной мощности называют электроустановку, состоящую из конденсаторов, и относящихся к ним вспомогательных устройств (выключателей, разъединителей, разрядных резисторов, устройств регулирования, защиты и т. п.) и ошиновки. Конденсаторная установка включает в себя одну или несколько конденсаторных батарей либо один или нескольких отдельно установленных конденсаторов, присоединенных к сети посредством коммутационных аппаратов.

Суть в том, что когда с помощью конденсаторной установки повышается коэффициент мощности (косинус фи) у потребителя, потребление реактивной составляющей от полной мощности из сети минимизируется, срок службы сети и оборудования, соответственно, увеличивается.

Так, при поддержании значения косинуса фи на уровне от 0,9 до 0,95, платежи за потребление практически бесполезной реактивной мощности — снижаются, так как в общем уменьшается нагрузка на трансформаторы и передающие кабели.

Здесь важно отметить, что и перекомпенсации допускать нежелательно, поскольку это становится экономически не целесообразным, ведь для получения косинуса фи достигающего 0,97-0,99, мощность компенсирующей установки пришлось бы повысить вдвое, а значит и заплатить за нее пришлось бы в 1,5 раза больше, хотя потребляемый ток вследствие такого мероприятия понизился бы всего на 3%.

Виды компенсации

Общей или централизованной компенсацией реактивной мощности называется такой подход, когда одна, общая для всего оборудования предприятия, регулируемая (автоматическая) конденсаторная установка, — располагается на трансформаторной подстанции или в главном распределительном щите. Это полезно, когда реактивная мощность на предприятии в течение дня варьирует между различными потребителями, то есть меняет время от времени свою величину, практически являясь сильно переменной характеристикой своеобразного составного потребителя.

При индивидуальной компенсации конденсаторы подбираются и устанавливаются к каждому отдельному двигателю индивидуально, это получается дешевле если двигателей не очень много, а работают они почти постоянно.

Если же различных единиц оборудования (потребителей электроэнергии) много, а работают они порознь и редко, то индивидуальная компенсация становится дорогостоящей затеей, поскольку часть конденсаторов будет попросту простаивать без дела, то есть какую-то часть времени они не будут востребованы вовсе. Таким образом, несколько мощных потребителей реактивной мощности, работающих обычно долгое время, являются типичными объектами индивидуальной компенсации.

На индивидуальную компенсацию несколько похожа групповая компенсация при которой отдельные конденсаторные установки используется для групп разнообразных электроприемников. Здесь так же разгружаются подводящие провода.

Тиристорные установки компенсации реактивной мощности

Для групповой компенсации хорошо подходят автоматические регулируемые конденсаторные установки, способные в зависимости от текущей реактивной нагрузки автоматически регулировать уровень компенсации. Особенно примечательны здесь тиристорные конденсаторные установки КРМТ, могущие эффективно работать в сетях с резкопеременной реактивной нагрузкой.

Такие установки отличаются превосходным, практически мгновенным быстродействием, что позволяет трансформаторам непрерывно работать в режиме почти чисто активной нагрузки, что продлевает срок их службы.

Число коммутаций для тиристоров неограниченно. Не зря сегодня КРМТ широко используются на многих химических и металлургических заводах, на целлюлозных фабриках, в лифтовом хозяйстве и везде, где характер нагрузок сильно нелинеен: инверторы, роботы, компрессоры, установки с фазным управлением и т. д. Плюс ко всему тиристорные установки бесшумны. Для защиты тиристорных установок применяются дроссели.

Тенденция к росту тарифов на электроснабжение ведет к тому, что применение установок компенсации реактивной мощности (УКРМ) для многих предприятий становится обыденной необходимостью. При этом окупаемость установленного оборудования для компенсации реактивной мощности составляет всего несколько месяцев.

В общем и целом, с точки зрения экономических преимуществ, установка компенсирующих конденсаторных батарей дает целый ряд плюсов:

потери в сетях и трансформаторах снижаются за счет уменьшения проходящего через них тока;

минимизируется эффект падения напряжения на линиях электропередач;

расчетная мощность системы делается меньше.

Иными словами, линии электропередачи, трансформаторы и распределительные устройства максимально разгружается благодаря избавлению от лишнего (реактивного) тока, защите от перекоса фаз, уменьшению высших гармоник и помех, а расходы на оплату для предприятия снижаются. В результате сами сети становятся более экономичными.

Эффекты от применения УКРМ

Если остановиться на эффектах систем КРМ более подробно, то можно сказать, что без применения установок УКРМ — в сети все время циркулирует значительная реактивная мощность, это снижает качество поставляемой электроэнергии, поскольку потери мощности в линиях оказываются значительными, имеют место перепады напряжения, а значит мощность силовых трансформаторов завышается, сечение передающих кабелей используется нерационально, пропускная способность на каждом этапе получается в конце концов ниже, чем могла бы быть.

В итоге плата за электроэнергию возрастает, а это — лишние финансовые траты. Если же в сети работает установка УКРМ, то потребление реактивной мощности от питающей сети уменьшается, следовательно достигаются энергосберегающий эффект и финансовая экономия.

Важно, что если вы решаете установить полноценную УКРМ с фильтрами гармоник, то прежде всего необходимо тщательно измерить все параметры сети: полную, активную и реактивную мощности, уровни гармоник, шумов, их величины, значения просадок напряжения, уровни перенапряжений. Так можно достигнуть многих полезных эффектов и избавиться от нежелательных побочных явлений: от вредных эффектов опасных гармоник (3-ей, 5-ой, 7-ой, 9-ой, 12-ой); избежать резонансных перенапряжений и перекоса фаз.

Источник

УКРМ — установка компенсации реактивной мощности

Нагрузка предприятий подразделяется на активную, индуктивную и емкостную, все эти виды мощностей зависят от типа работающего оборудования.

Существование реактивной энергии несет отрицательное воздействие на электрические сети, создает электромагнитные поля в электрических устройствах.

Существование реактивного тока создает дополнительную нагрузку, приводящую к снижению качества электроэнергии, влекущую увеличение сечений токовых проводников.

Назначение устройства компенсации реактивной мощности

Рис. Внешний вид УКРМ 6(10) кВ

Основным предназначением устройства является снижение действия реактивной мощности, служит для увеличения и поддержания на определенном нормативном уровне величины коэффициента мощности в трехфазных распределительных сетях. Главное предназначение УКРМ, является аккумуляция в конденсаторах реактивной мощности. Это действие помогает разгрузить электрическую сеть от перетоков реактивной мощности, происходит стабилизация напряжения, увеличивается доля активной мощности.

Основные функции УКРМ

1. Понижение потребляемого нагрузочного тока на 30-50%.
2. Снижение составляющих элементов распределительной сети, увеличение их срока службы.
3. Повышение надежности и пропускной способности электрической сети.
4. Понижение тепловых потерь электрического тока.
5. Снижение воздействия высших гармоник.
6. Понижение несимметричности фаз, сглаживание сетевых помех.
7. Снижение до минимума стоимости индуктивной мощности.

Установка компенсации реактивной мощности УКРМ отличается рядом преимуществ, обусловленных применением конденсаторов, дополненных третьим уровнем безопасности в виде полипропиленовой сегментируемой пленки пропитанной специальной жидкостью, обеспечивающих надежное использование, долговечность, невысокую стоимость при выполнении работ по техническому обслуживанию и ремонту.

Наличие в конденсаторной установке УКРМ специализированных тиристорных быстродействующих пускателей, работающих с опережением по времени для коммутации фазовых конденсаторов, срабатывающих при изменении cosφ, продляет время их безотказной работы.

Рис. Внешний вид тиристора для коммутации конденсаторных установок.

Для обеспечения регулирования cosj в автоматическом режиме с передачей информации на PC с контролем в сети высших гармоник тока и напряжения, применяются контроллеры с контакторным переключением.

Для повышения качества работы УКРМ в установке присутствует фильтр нечетных гармоник и устройства терморегуляции, для обнаружения неисправностей продумана система индикации.

Все оборудование помещается в блок-контейнер, снабженный вентиляцией и обогревом с автоматическим управлением. Устройства обеспечивают комфортное и удобное обслуживание при низких температурах до -60 о С.

Модульный тип построения, способствует поэтапному наращиванию мощности УКРМ.

Защита конденсаторных установок

Для безопасной работы устройства предусмотрены защиты:

1. Блокировки, обеспечивающие защиту от прикосновения к токоведущим частям, находящимся под напряжением.
2. Защита, предохраняющая установку от короткого замыкания конденсатора.
3. От превышения нормы электрического тока.
4. От перенапряжения.
5. От перекоса токов по фазам устройства.
6. Электромагнитное блокирование, предохраняющее от ошибочного включения коммутационных аппаратов УКРМ.
7. Механическое блокирование включения заземляющих ножей в работающей установке.
8. Наличие контактного выключателя, отключающего установку при открывании дверей при включенном оборудовании.
9. Тепловая защита, включающая принудительное охлаждение при повышении температуры конденсаторных батарей.
10. Термодатчик включающий обогрев в установке при понижении температуры.

Достоинства устройства конденсаторной установки УКРМ

1. Наличие трехфазных пожарозащищенных экологических конденсаторов.
2. Применение в устройстве специальных предохранителей и разрядников сопротивления с обкладками из полимерной металлизированной пленки с минеральной пропиткой.
3. Регуляторы реактивной мощности и цифровые анализаторы с дистанционным управлением.
4. Для повышения сейсмоустойчивости и вибрационной стойкости применяются специальные полимерные изоляторы.

Типы УКРМ

Существуют несколько типов установок УКРМ, применяемых в сетях 6-10 кВ, это:

1. Нерегулируемые установки, выполненные в модульном построении, состоящем из нескольких фиксированных ступеней,коммутация происходит в ручном режиме при отсутствии токов нагрузки.
2. Автоматические или регулируемые, базовое устройство предназначено для автоматического регулирования ступеней, каждая из которых состоит из трех конденсаторов, соединенных в звезду, операции по осуществлению коммутационных действий производят автоматически с использованием электронного блока, определяющего мощность и время включения.
3. Полуавтоматические установки применяются для снижения стоимости устройства компенсации реактивной мощности, цена становится доступной с одновременным сохранением качества работы устройства. Для этого в устройстве применяются, как регулированные ступени, так и фиксированные.
4. Высоковольтные установки с фильтрами, применяемыми для защиты от нелинейных гармонических искажений защитных антирезонансных дросселей. Применяются такие установки совместно с устройствами, генерирующими явление в сети высших гармоник, это: устройства, обеспечивающие плавный пуск и частотные преобразователи.

Таблица №1 Типы конденсаторных установок с указанием мощности ступеней.

В модульных установках КРМ ступени конструктивно объединены в модуль

Особенности подключения УКРМ

Самым оптимальным подключением устройства компенсации реактивной мощности, является установка устройства в непосредственной близости к потребителю (индивидуальная компенсация). В этом случае, стоимость установки компенсации реактивной мощности, состоящая из суммы стоимости внедрения и дальнейшего обслуживания составляет значительную величину.

При объединении нагрузок в единый комплекс по потреблению реактивной мощности, целесообразно применять групповую компенсацию. В этом случае применение цена устройства реактивной мощности становится наиболее приемлемой при внедрении в работу, но менее выгодной для пользователей из-за понижения активных потерь, в электрической сети оказывающих влияние на экономию средств.

Возможно, подключение устройства КРМ в виде отдельного оборудования с индивидуальным кабельным вводом, так и в составе НКУ, к примеру, в составе главного распределительного щита.

Расчет УКРМ

Для выбора УКРМ производится подсчет полной суммарной мощности конденсаторных батарей электроустановки, по формуле:

Где Р – активная мощность электроустановки
Показания (tg(ф1) -tg(ф2)) находятся по данным cos(ф1) и cos(ф2)
Значение cos(ф1) коэффициента мощности до установки УКРМ
Значение cos(ф2) коэффициента мощности после установки УКРМ, задается электроснабжающим предприятием.

Формула мощности приобретает такой вид:

k- табличный коэффициент, соответствующий значениям коэффициента мощности cos(ф2)

Мощность УКРМ определяется конкретно для всех участков электрической сети в зависимости от характера нагрузки и способа компенсации.

Только после проведенного в полной мере анализа показателей, полученных при диагностике данных, появляется возможность выбора регулируемых или нерегулируемых УКРМ.

Обозначается степень дробления мощности по ступеням, время и скорость повторного срабатывания ступеней, выявляется необходимость использования в конденсаторной установке компенсации реактивной мощности для снижения коэффициента несинусоидальности в питающей сети, фильтрации нечетных гармоник, а также отсутствие эффекта резонанса. Это обеспечивает качество электроэнергии.

Таблица№2 Расчет мощности конденсаторов для УКРМ

Необходимо знать, что нельзя производить полную компенсацию реактивной мощности до единицы, это приводит к перекомпенсации, которая может произойти в результате непостоянного значения активной мощности потребителя, а также в результате случайных факторов. Желательное значение cosф2 от 0,90 до 0,95.

Источник