Компенсатор реактивной мощности что это такое: Компенсатор реактивной мощности

Содержание

Компенсатор реактивной мощности

Компенсатор Реактивной Мощности (КРМ) является одним из видов электроустановочного оборудования, снижающий значения полной мощности, и в зависимости от природы реактивной мощности может быть как индуктивного характера (индуктивный реактор) так и емкостного (конденсатор).

Индуктивные реакторы используют, как правило, для компенсации емкостной составляющей мощности (линий электропередач большой протяженности).

Конденсаторные батареи используют для компенсации реактивной составляющей индуктивной мощности, что ведет к снижению полной мощности (печи индуктивности).

НЕОБХОДИМА КОНСУЛЬТАЦИЯ?

Одним из факторов, приводящие к возникновению потерь в электрических сетях промышленных предприятий является реактивная составляющая протекающего тока при наличии индуктивной нагрузки (нагрузка в промышленных и бытовых электросетях носит обычно активно-индуктивный характер). Соответственно, из электрической сети происходит потребление как активной, так и реактивной энергии.

Активная энергия преобразуется в полезную – механическую, тепловую и пр. энергии. Реактивная энергия расходуется на создание электромагнитных полей в электродвигателях, трансформаторах, индукционных печах, сварочных трансформаторах, дросселях и осветительных приборах.

Реактивная энергия может производиться непосредственно в месте потребления.

Уменьшение реактивной составляющей в общей мощности электроэнергии широко распространена во всем мире и известна под термином компенсация реактивной мощности (КРМ) - одного из наиболее эффективных средств обеспечения рационального использования электроэнергии.

КРМ позволяет:

  • разгрузить от реактивного тока распределительные сети (распределительные устройства, кабельные и воздушные линии), трансформаторы и генераторы;
  • снизить потери мощности и падение напряжения в элементах систем электроснабжения;
  • сократить расходы на электроэнергию;
  • ограничить влияние высших гармоник и сетевых помех;
  • уменьшить асимметрию фаз.

Регулируемые компенсаторы реактивной мощности КРМ

Автоматическая установка компенсации реактивной мощности (АУКРМ) предназначена для повышения и автоматического регулирования коэффициента мощности

(cos φ) электроустановок промышленных предприятий и распределительных сетей напряжением 0,4 кВ частоты 50 Гц.

Установки обеспечивают поддержание заданного коэффициента мощности в часы максимальных и минимальных нагрузок, исключают режим генерации реактивной мощности, а также:

  • автоматически отслеживает изменение реактивной мощности нагрузки в компенсируемой сети и, в соответствии с заданным значением cos φ исключается генерация реактивной мощности в сеть;
  • исключается появление в сети перенапряжения, потому что отсутствует перекомпенсация, которая возможна при использовании нерегулируемых конденсаторных установок;
  • визуально отслеживаются все основные параметры компенсируемой сети;
  • контролируется режим эксплуатации и работа всех элементов конденсаторной установки, при этом учитывается время работы и количество подключений каждой секции, что позволяет оптимизировать износостойкость контакторов и распределения нагрузки в сети;
  • предусмотрена система аварийного отключения конденсаторной установки и предупреждения обслуживающего персонала;
  • возможно автоматическое подключение принудительного обогрева или вентиляции конденсаторной установки.

Нерегулируемые компенсаторы реактивной мощности КРМ

Установка компенсации реактивной мощности (компенсатор реактивной мощности УКРМ) с фиксированным значением мощности улучшает cos φ, путем включения конденсатора.

Предназначена она для поддержания коэффициента мощности в распределительных сетях трёхфазного переменного тока. Нерегулируемые конденсаторные установки низкого напряжения типа УКРМ выпускаются мощностью от 2,5 до 100 кВАр.

Также позволяют снизить затраты на оплату электроэнергии. Нерегулируемые установки компенсации реактивной мощности рассчитаны на эксплуатацию в закрытых производственных помещениях при нормальных условиях эксплуатации в районах с умеренным и холодным климатом.

Срок окупаемости Компенсатора Реактивной Мощности от года до двух лет. Применение КРМ производства конденсаторного завода «Нюкон» снижает потребление активной энергии в среднем на 2-5% и исключает платежи за реактивную энергию. При высоком качестве данных устройств цена остается доступной и привлекательной. Исходя из структуры себестоимости, конденсаторный завод «Нюкон»

имеет возможность успешно конкурировать в цене с европейскими производителями, не теряя в качестве своей продукции.

Если Вы желаете купить компенсатор реактивной мощности КРМ или узнать цену на данное оборудование, позвоните по телефону указанному ниже или заполните приведенную форму. В этом случае, в ближайшее время мы с Вами свяжемся для уточнения особенностей Вашего проекта, необходимых для расчета стоимости компенсатора реактивной мощности КРМ

НЕОБХОДИМА КОНСУЛЬТАЦИЯ?

Для чего необходима компенсация реактивной мощности?

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. Поэтому очень важен компенсатор реактивной мощности.

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.: cos(ф) = P/S. Этим коэффициентом принято характеризовать уровень реактивной мощности двигателей, генераторов и сети предприятия в целом. Чем ближе значение cos(ф) к единице, тем меньше доля взятой из сети реактивной мощности.

Пример: при cos(ф) = 1 для передачи 500 KW в сети переменного тока 400 V необходим ток значением 722 А. Для передачи той же активной мощности при коэффициенте cos(ф) = 0,6 значение тока повышается до 1203 А.

Соответственно все оборудование питания сети, передачи и распределения энергии должны быть рассчитаны на большие нагрузки. Кроме того, в результате больших нагрузок срок эксплуатации этого оборудования может соответственно снизиться. Дальнейшим фактором повышения затрат является возникающая из-за повышенного значения общего тока теплоотдача в кабелях и других распределительных устройствах, в трансформаторах и генераторах.

Возьмем, к примеру, в нашем выше приведенном случае при cos(ф) = 1 мощность потерь равную 10 KW. При cos(ф) = 0,6 она повышается на 180% и составляет уже 28 KW. 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 КРМ-0,4 (УКМ-58) - конденсаторные установки, основными элементами которых являются

конденсаторы.

Правильная компенсация 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.

А во вновь создаваемых сетях - уменьшить мощность подстанций и сечения кабельных линий, что снизит их стоимость.

 

Зачем компенсировать реактивную мощность?

Реактивная мощность и энергия ухудшают показатели работы энергосистемы, то есть загрузка реактивными токами генераторов электростанций увеличивает расход топлива; увеличиваются потери в подводящих сетях и приемниках; увеличивается падение напряжения в сетях.

Реактивный ток дополнительно нагружает линии электропередачи, что приводит к увеличению сечений проводов и кабелей и соответственно к увеличению капитальных затрат на внешние и внутриплощадочные сети.

Компенсация реактивной мощности, в настоящее время, является немаловажным фактором позволяющим решить вопрос энергосбережения практически на любом предприятии.

По оценкам отечественных и ведущих зарубежных специалистов, доля энергоресурсов, и в частности электроэнергии занимает величину порядка 30-40% в стоимости продукции. Это достаточно веский аргумент, чтобы руководителю со всей серьезностью подойти к анализу и аудиту энергопотребления и выработке методики компенсации реактивной мощности. Компенсация реактивной мощности – вот ключ к решению вопроса энергосбережения.

Основные потребители реактивной мощности:

  • асинхронные электродвигатели, которые потребляют 40% всей мощности совместно с бытовыми и собственными нуждами;
  • электрические печи 8%;
  • преобразователи 10%;
  • трансформаторы всех ступеней трансформации 35%;
  • линии электропередач 7%.

 

В электрических машинах переменный магнитный поток связан с обмотками. Вследствие этого в обмотках при протекании переменного тока индуктируются реактивные э.д.с. обуславливающие сдвиг по фазе (fi) между напряжением и током. Этот сдвиг по фазе обычно увеличивается, а косинус фи уменьшается при малой нагрузке. Например, если косинус фи двигателей переменного тока при полной нагрузке составляет 0,75-0,80, то при малой нагрузке он уменьшится до 0,20-0,40.

Мало нагруженные трансформаторы также имеют низкий коэффициент мощности (косинус фи). Поэтому, применять компенсацию реактивной мощности, то результирующий косинус фи энергетической системы будет низок и ток нагрузки электрической, без компенсации реактивной мощности, будет увеличиваться при одной и той же потребляемой из сети активной мощности. Соответственно при компенсации реактивной мощности (применении автоматических конденсаторных установок КРМ) ток потребляемый из сети снижается, в зависимости от косинус фи на 30-50%, соответственно уменьшается нагрев проводящих проводов и старение изоляции.

Кроме этого, реактивная мощность наряду с активной мощностью учитывается поставщиком электроэнергии, а следовательно, подлежит оплате по действующим тарифам, поэтому составляет значительную часть счета за электроэнергию.

Наиболее действенным и эффективным способом снижения потребляемой из сети реактивной мощности является применение установок компенсации реактивной мощности (конденсаторных установок).

Использование конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности позволяет:

  • разгрузить питающие линии электропередачи, трансформаторы и распределительные устройства;
  • снизить расходы на оплату электроэнергии
  • при использовании определенного типа установок снизить уровень высших гармоник;
  • подавить сетевые помехи, снизить несимметрию фаз;
  • сделать распределительные сети более надежными и экономичными.

 

продольная и поперечная компенсация реактивной мощности

Зачем нужна компенсация реактивной мощности

Зачем нужна компенсация реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности на предприятии позволяет существенно сократить расход электроэнергии, снизить нагрузку на кабельные сети и трансформаторы, продлив тем самым их ресурс.

 

Где необходимы конденсаторные установки?

Как известно Основные потребители электроэнергии на промышленных предприятиях являются такие индуктивные приемники, как асинхронные электродвигатели, трансформаторы, индукционные установки и т. д. Работа этих приемников связана с потреблением реактивной энергии для создания электромагнитных полей.

Реактивная энергия («паразитная» энергия) не производит полезной работы, а, циркулируя между приемником и источником тока, приводит к дополнительной загрузке линий электропередачи и генераторов и, следовательно, снижает коэффициент мощности сети.

Наличие реактивной мощности является неблагоприятным фактором 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).

Показателем потребления реактивной мощности является коэффициент мощности (КМ), численно равный косинус угла (ɸ) между током и напряжением. КМ потребителя определяется как отношение потребляемой активной мощности к полной, действительно взятой из сети, т.е.: COS(ɸ)=Р/S. Этим коэффициентом принято характеризовать уровень реактивной мощности двигателей, генераторов и сети предприятия в целом. Чем ближе значение COS(ɸ) к единице, тем меньше доля взятой из сети реактивной мощности.

 

Таким образом, применение Конденсаторных установок остро необходимо на предприятиях, использующих:

  1. Асинхронные двигатели (cos(ɸ) ~0.7)
  2. Асинхронные двигатели, при неполной загрузке (cos(ɸ) ~0.5)
  3. Выпрямительные электролизные установки (cos(ɸ) ~0.6)
  4. Электродуговые печи(cos(ɸ) ~0.6)
  5. Индукционные печи(cos(ɸ) ~0,2-0.6)
  6. Водяные насосы(cos(ɸ) ~0.8)
  7. Компрессоры(cos(ɸ) ~0.7)
  8. Машины, станки(cos(ɸ) ~0.5)
  9. Сварочные трансформаторы(cos(ɸ) ~0.4)
  10. Лампы дневного света(cos(ɸ) ~0,5-0.6)

Для повышения коэффициента мощности применяют силовые конденсаторы и конденсаторные установки, являющиеся наиболее выгодными источниками получения реактивной мощности.

 

Плюсы от внедрения Установок компенсации реактивной мощности:

  1. Снижение потребления электроэнергии (от 10-20%, а при cos φ (0,5 и менее) потребность в электроэнергии может сократиться более чем на 30%)и как следствие уменьшение платежей (за счет «исключения» реактивной энергии из сети)
  2. Уменьшение нагрузки (до 30%) элементов распределительной сети (подводящих линий, трансформаторов и распределительных устройств), тем самым продлевается их срок службы
  3. Увеличение пропускной способности системы электроснабжения потребителя (от 30-40%), что позволит подключить дополнительные мощности без увеличения стоимости сетей.

Увеличение КМ решается подключением к сети конденсаторных батарей, производящих реактивную энергию в количестве, достаточном для компенсации реактивной мощности, возникающей в нагрузке.

 

Способы компенсации

Наиболее выгодный способ компенсации определяется конкретными условиями данного предприятия, и его выбор производится на основании технико-экономических расчетов и рекомендаций наших специалистов. Как правило, компенсация должна производиться в той же сети (на том же напряжении), к которой подключен потребитель, что обеспечивает минимальные потери.

 

Какие решения мы предлагаем

Наша Компания предлагает полный спектр услуг, А ИМЕННО:

  1. Проведение выездных замеров параметров качества электроэнергии.
  2. Подготовка проекта, подбор необходимого оборудования с экономическим обоснованием его внедрения (с конкретными сроками окупаемости установок и денежной экономии).
  3. Изготовления оборудования, как серийного исполнения, так и нестандартного (учитывающую специфику конкретного предприятия).
  4. Проведение шеф монтажных работ, а также гарантийное и после гарантийное обслуживание.
    Мы можем предложить как типовые решения, так и спроектировать, изготовить и внедрить на предприятии Заказчика уникальную систему компенсации реактивной мощности, учитывающую специфику конкретного предприятия.


В зависимости от потребности Заказчика установки могут изготавливаться как для внутренней, так и для уличной установки. Кроме этого возможен монтаж установок внутри утепленного блок-контейнера.

Для предприятий с резкопеременной нагрузкой (предприятия с большим количеством подъемно-транспортного оборудования, мощного сварочного оборудования и т.д.) мы предлагаем тиристорные конденсаторные установки, которые обеспечивают переключение ступеней конденсаторов с задержкой не более 20 мс.

Для выработки оптимального технического решения мы предлагаем выездные замеры параметров качества электроэнергии в сети предприятия. При необходимости наши инженеры выполнятшефмонтаж оборудования, а также любое гарантийное и послегарантийное обслуживание и ремонт.

Реактивная мощность в электрической сети: мероприятия по компенсации

Электрическая мощность, потребляемая промышленными предприятиями и жилыми домами, бывает двух видов. Активная – затрачивается на выполнение полезной, нужной потребителю работы. Реактивная – увеличивает нагрузку на сеть и приводит к дополнительным расходам на электроэнергию.

Треугольник мощностей

Треугольник мощностей

Определение

Реактивная мощность не выполняет полезной работы. Она обусловлена наличием у потребителя индуктивной или ёмкостной составляющей нагрузки. На предприятиях реактивная мощность возникает при работе электрических двигателей, трансформаторов или ламп ДРЛ. В домашних условиях это моторы пылесосов, стиральных машин или компрессоров холодильников. На корпусе данных агрегатов часто можно увидеть параметр cosф, называемый коэффициентом мощности. Он количественно характеризует долю реактива.

Обратите внимание! Cosф – параметр крайне нестабильный. Он способен меняться в широком диапазоне с течением года и временем суток. Также коэффициент мощности тесно связан с будними и выходными днями.

Бирка на двигателе

Бирка на двигателе

Все перечисленное служит примером источников индуктивной составляющей. Гораздо реже встречается ёмкостная. К её примерам относятся мощные импульсные блоки питания и всё, что во входной части содержит конденсаторы.

Физика процесса

Для понимания процесса образования реактивной мощности следует заострить внимание на двух фактах:

  1. Природа переменного тока такова, что он периодически изменяет своё направление. Т.е. «+» и «-» в розетке переставляются местами 50 раз в секунду. Происходит это не рывками, а плавно по синусоидальному закону. Смена направления тока чем-то схожа с колебаниями качель.
  2. На создание электромагнитного поля, например, обмоткой трансформатора, требуется некоторое время.

В итоге получается следующая картина. Напряжение на выводах обмотки достигает своего пикового значения. Ток из-за индуктивного характера потребителя всё никак не может выйти на максимум. Если нагрузка ёмкостная, то эффект обратный: ток опережает напряжение.

Такое рассогласование источника и потребителя приводит к ощутимым потерям полезной мощности. Поэтому для борьбы с этими нежелательными свойствами индуктивностей и ёмкостей используют специальные устройства компенсации реактивной мощности (УКРМ).

Для чего компенсация реактивной мощности

Компенсировать реактивную составляющую мощности необходимо для повышения эффективности энергосистемы и снижения нагрузки на питающие кабеля и коммутирующие аппараты.

На производстве в основном преобладают потребители индуктивного характера. Для компенсации реактивной мощности, возникающей из-за их работы, чаще всего применяют конденсаторные установки. Их использование позволяет добиться следующих положительных эффектов:

  • снизить нагрузку на сеть, избавив её от бесполезных реактивных токов;
  • ощутимо уменьшить счета на электроэнергию;
  • повысить качество напряжения за счёт устранения помех, шумов и высших гармоник.

Основные компоненты УКРМ

Для компенсации индуктивной составляющей реактивной мощности применяют конденсаторные установки. Иногда их объединяют в целые батареи и оснащают различной коммутирующей аппаратурой. Она необходима для автоматического переключения конденсаторов с целью повышения или понижения конечной ёмкости батареи. Дополнительно требуется к.л. измерительный прибор для отслеживания коэффициента мощности cosф и прочих параметров УКРМ. На сегодняшний день такие контроллеры выполняются на основе микропроцессоров, которые делают всю работу без вмешательства человека.

Конденсаторный компенсатор

Конденсаторный компенсатор

Ёмкостная составляющая компенсируется похожим образом. Здесь уже в качестве выравнивающего cosф устройства выступают синхронные двигатели или специальные реакторы (катушки, дроссели). Ёмкостная составляющая свойственна протяжённым кабельным и воздушным линиям, а не самому промышленному оборудованию.

Виды компенсаторов и их принцип действия

Чаще всего в роли компенсирующего устройства применяется либо батареи конденсаторов, либо двигатели. При этом может использоваться как один компенсатор, так и множество подключенных параллельно.

В течение дня баланс мощности в сети может изменяться, на что УКРМ должно реагировать соответствующим образом. С этой точки зрения компенсаторы бывают:

  • нерегулируемые – без возможности переключения составных элементов;
  • автоматические – компенсатор сам отслеживает cosф, производит расчеты и решает, какое количество конденсаторов следует добавить в схему;
  • с ручным управлением – человек сам анализирует cosф по приборам и производит соответствующие переключения.

В зависимости от условий эксплуатации выделяют следующие типы коммутирующих устройств:

  • контакторные – только статические переключения;
  • тиристорные – работа в реальном времени;
  • вакуумные выключатели – для напряжений свыше 1 кВ.

Определение емкости конденсаторов

При проектировании УКРМ следует уделить внимание расчету ёмкости и мощности конденсаторных установок. Важно это по той причине, что в случае неправильного выбора этих параметров установка может нанести электросети больше вреда, чем пользы. Формула для расчета необходимой ёмкости конденсатора имеет следующий вид.

Ёмкость конденсатора

Ёмкость конденсатора

Здесь:

  • C – ёмкость конденсаторной установки, Ф;
  • U – сетевое напряжение, В;
  • f – частота, Гц;
  • Q – реактивная мощность конденсатора, вар;
  • p – 3.14.

Переменная Q, в свою очередь, определяется по следующему выражению.

Реактивная мощность конденсатора

Реактивная мощность конденсатора

Где:

  • P – активная мощность потребителя;
  • К – коэффициент, подбираемый из таблицы.
Таблица для расчёта УКРМ

Таблица для расчёта УКРМ

Дополнительная информация. На просторах интернета полно ресурсов, содержащих в себе калькуляторы для онлайн расчета различных параметров компенсаторов.

Компенсаторы реактивной мощности в квартире

Многие промышленные предприятия, особенно крупные, применяют в целях экономии устройства компенсации реактивной мощности. Однако этот трюк не пройдёт в обычной квартире. Вытекает это из ряда причин:

  1. Бытовые однофазные счётчики электроэнергии, используемые в жилых домах, не способны вычислять реактивную мощность. Соответственно, никто не сможет взыскать за неё оплату. Особенно это относится к старым индукционным счётчикам.
  2. Организации, поставляющие электроэнергию, ведут учёт реактивной мощности только для крупных промышленных предприятий. Установка подобных устройств в жилых домах не является требованием ПУЭ.
  3. С технической точки зрения, проблематично и дорого будет рассчитать УКРМ для каждой квартиры или тем более поставить автоматические системы на микропроцессоре, ведь данные приборы стоят внушительных денег.
Cosф бытовых потребителей

Cosф бытовых потребителей

Важно! По интернету гуляют предложения купить мошенническую чудо-коробочку. Она подключается к розетке и тем самым избавляет квартиру от излишков реактивной мощности. Как показывают обзоры, внутри этого прибора не содержится ничего, кроме светодиода. Соответственно, такое устройство никак не поможет сэкономить.

Эффективность применения конденсаторных установок

История применения метода компенсации реактивной мощности охватывает ещё советский период. Его экономическая эффективность на промышленных предприятиях доказана исследованиями и десятками лет практического использования.

Конденсаторные УКРМ предназначены в основном для компенсации реактивной мощности электрических двигателей. Энергия, потребляемая асинхронными моторами, может доходить до 40 % от всей нагрузки предприятия. Поэтому экономии на двигателях уделяют особое внимание. Масло в огонь подливает и то, что мотор, работающий с номинальной нагрузкой на валу, имеет cosф = 0,75-0,8. Это считается нормой. Однако тот же двигатель без нагрузки имеет гораздо более низкий коэффициент мощности порядка 0,3. Использование УКРМ позволяет повысить cosф до 0,99. Это хороший показатель, ведь, чем ближе этот параметр к единице, тем эффективнее расходуется электроэнергия.

Наличие устройств, компенсирующих реактивную мощность, благотворно сказывается на расходах промышленного предприятия. Помимо этого, уменьшается нагрузка на электрическую систему объекта. Это позволяет снизить сечение и конечную стоимость воздушных и кабельных линий, а также уменьшить долгосрочные затраты на их ремонт и обслуживание.

Видео

Устройство компенсации реактивной мощности УКРМ с описанием и фото | ENARGYS.RU

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 -60о 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:

Qc = Px (tg(1)-tg(ф2)).

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:

Qc = P x k,

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.

Компенсация реактивной мощности. Виды и нагрузки. Применение

Компенсация реактивной мощности — в жилых помещениях обычно установлен один счетчик электроэнергии. Принято считать, что расходуется только активная часть электроэнергии. Это не совсем правильно, так как существует еще такой показатель, как реактивная мощность, которую можно охарактеризовать задержкой между фазными синусоидами тока и напряжения в сети питания.

Показателем расхода реактивной мощности считается коэффициент мощности. Он равен косинусу угла между напряжением и током. Коэффициент мощности нагрузки рассчитывается как отношение расходуемой активной мощности к общей мощности:

сos (ф) = P / S

Таким показателем характеризуют реактивную мощность генераторов, электродвигателей и всей сети. В современных квартирах имеется много различных бытовых устройств, которые при функционировании сдвигают фазу напряжения. Но, доля реактивной мощности, потребленной бытовыми электрическими устройствами намного меньше, чем оборудованием промышленных предприятий. По этой причине при расчете расхода электроэнергии этой частью энергии пренебрегают.

Компенсация реактивной мощности в цепях потребителей на промышленных предприятиях является необходимостью, иначе это будет оказывать негативное влияние на энергосистемы, выраженное в нагревании обмоток трансформаторов в пиковые часы, нагреве воздуха вокруг линии электропередач и других отрицательных явлений.

Емкостная и индуктивная нагрузка

Если рассмотреть простой потребитель электроэнергии в виде лампочки или нагревателя, то мощность, которая характеризует это устройство (указана в инструкции), будет равна произведению тока и напряжения на этом устройстве. Но, если в конструкции устройства находится, например, трансформатор, либо другие элементы, имеющие индуктивность или емкость, то мощность определяется иначе.

Такие элементы в устройствах имеют специфические свойства. В них электрический ток по фазе отстает от напряжения, либо опережает его, то есть, фаза сдвигается. В таком случае к обычному расчету потребляемой мощности необходимо добавить коэффициент мощности.

Если векторы активной и реактивной мощности сложить между собой, то в результате получится полная мощность потребления. На графике она изображена в виде гипотенузы треугольника. На практике, чем меньше угол наклона гипотенузы (полной мощности), тем лучше.

 

Q – реактивная мощность, Р – активная мощность, S – полная мощность.

Полному равенству активной и полной мощности мешает реактивная составляющая мощности, которую называют паразитной. Она отрицательно влияет на работу линии электропередач и трансформаторы подстанции, которые могут перегреваться.

Эту проблему решает компенсация реактивной мощности, которая снижает угол φ, и приближает коэффициент мощности к единице. Для обеспечения такой компенсации необходимо увеличить вектор реактивной мощности настолько, чтобы появился резонанс токов, при котором доля реактивной мощности значительно снизится. Простым способом решения этой задачи является подключение конденсаторов необходимой емкости в автоматическом режиме.

Сегодня существуют системы, удерживающие коэффициент мощности в пределах 0,9-1. Идеального результата добиться трудно, так как подключение емкостей происходит ступенчато. Однако эффект экономии от этого получается неплохой. Такие устройства имеют интеллектуальные алгоритмы, действующие автоматически, без настроек. Достижения науки в области информационных технологий позволяют достичь равномерного включения конденсаторов. Время реакции приборов снижено до минимума, вспомогательные дроссели уменьшают перепад напряжения при процессах перехода.

Система управления питанием промышленного предприятия выполнена в виде щита эргономичной компоновки. Он обеспечивает работу оператора для быстрого принятия решения в аварийных случаях.

Простое устройство, с помощью которого обеспечивается компенсация реактивной мощности, состоит из металлического шкафа с контрольной панелью управления на лицевой части. Внизу шкафа размещены батареи конденсаторов. Они имеют немалый вес, поэтому и размещаются снизу.

Вверху расположены приборы контроля, показывающие различные параметры сети, в том числи и коэффициент мощности. Имеется аварийная индикация, переключатель работы с ручного режима на автоматический. Микропроцессор устройства сравнивает показания датчиков и выдает сигналы управления на исполнительные устройства. Такие механизмы выполнены на основе мощных тиристоров, поэтому их работа не создает шума, и имеет высокое быстродействие.

Виды компенсации реактивной мощности
  • Постоянная (индивидуальная) компенсация. При этом индуктивная мощность компенсируется на месте возникновения, что приводит к уменьшению нагруженности проводов.
  • Групповая компенсация. В ней по аналогии с постоянной компенсацией для нескольких индуктивных нагрузок подключается общая батарея конденсаторов. Разгружается электрическая сеть.
  • Централизованная компенсация. При ней некоторое количество конденсаторов подключается к групповому или основному распределительному щиту. Такой метод используют чаще всего в больших системах с изменяемой нагрузкой. Управление этой емкостной установки осуществляет электронный контроллер, анализирующий расход реактивной мощности. Такие регуляторы производят коммутацию конденсаторов.
 
Определение емкости конденсаторов

На предприятиях промышленности реактивную мощность можно определить по числу работающих устройств с учетом их характеристик, сдвигающих фазу. Например, асинхронный двигатель, который чаще всего имеет место в приводах механизмов на заводе, наполовину загруженный, имеет коэффициент мощности 0,73, светильник люминесцентного типа 0,5. Коэффициент мощности сварочного аппарата находится в интервале 0,8-0,9, печь дуговая 0,8.

По таблицам можно найти эти параметры для любого оборудования. Такая информация является базовой. На ее основе вносятся корректировки путем отключения и добавления конденсаторов.

Компенсация реактивной мощности в квартире

Электрические устройства домашней бытовой сети имеют активное, емкостное и индуктивное сопротивление. Для них подходят все, рассмотренные выше, формулы расчета мощности. Это создает дополнительную нагрузку на электропроводку в квартире.

Эти показатели не учитываются в старых электросчетчиках индукционного типа. Некоторые новые модели приборов учета могут фиксировать их. Это дает возможность произвести точный анализ ситуации нагрузки тока и теплового воздействия на изоляцию проводов при эксплуатации большого числа потребителей. Емкостное сопротивление у бытовых устройств имеет малую величину и не учитывается электросчетчиками.

Компенсация реактивной мощности в таких случаях заключается во включении в электрическую цепь батарей конденсаторов, которые способны погасить индуктивную составляющую мощности. Конденсаторы должны включаться в определенный момент на некоторый промежуток времени.

Такие устройства компенсации имеют большие размеры, и больше подходят для промышленных целей в комплексе с автоматической системой. Они не уменьшают расход активной мощности и не сокращают оплату за электроэнергию.

Чудо-приборы

В интернете и в торговой сети встречается множество рекламируемых устройств, которые якобы снижают реактивную мощность, и очень сильно экономят электрическую энергию, что создаст колоссальное снижение денежных затрат. Однако, как показывает практика, такие устройства являются всего лишь мифом, и не могут экономить электроэнергию.

Одним из таких приборов является «Saving Box». Его возможности и технические данные используются в качестве рекламы и не соответствуют действительности. Такая реклама построена на обмане покупателей.

Компенсация реактивной мощности и ее необходимость

Реактивная составляющая мощности снижает показатели функциональности энергетической системы. Реактивные токи генераторов повышают потребление топлива, потерю энергии в приемниках и подводящих сетях.

Реактивная энергия создает дополнительную нагрузку на линии электропередач. В связи с этим необходимо увеличивать поперечное сечение жил кабелей и проводов. Как следствие, повышаются затраты на электропроводящие материалы.

Основными нагрузками, потребляющими реактивную мощность, являются:
  • Асинхронные электродвигатели, расходующие около 40% общей мощности, вместе с бытовыми нуждами.
  • Линии электропередач (расходуют около 7%).
  • Преобразователи (10%).
  • Электрические печи (8%).
  • Трансформаторы (35%).

Наиболее эффективным методом уменьшения расхода реактивной мощности является использование устройств, с помощью которых проводится компенсация реактивной мощности. Такими устройствами являются конденсаторные установки.

Преимущества применения конденсаторных установок
  • Снижение расходов на оплату электрической энергии.
  • Снижение расходов на техническое обслуживание и ремонт, а также обновление электрооборудования.
  • Подавление помех в сети.
  • Уменьшение перекоса фаз.
  • Повысить возможности системы электроснабжения, что позволяет дополнительно подключить электрические устройства без повышения стоимости сети питания.
  • Снижение токовой нагрузки на трансформаторы, распредустройства и линии электропередач.
  • Уменьшение уровня гармонических колебаний высокой частоты.
  • Повысить экономичность и надежность распределительных сетей.
  • Получение информационных данных о состоянии и параметрах электрической сети.
Похожие темы:

Активные фильтры гармоник и активные компенсаторы реактивной мощности

На текущий момент для потребительских сетей низкого (до 1 кВ) напряжения характерны как минимум 2 противоречия:

Парадокс первый: при безусловной эволюции нагрузки (оборудования) в плане функциональности, точности контроля и управления, надежность силовой сети и качество потребляемой электроэнергии становится все хуже, а формальная и реальная ответственность за негативные явления лежит на потребителе, который сегодня должен и de facto может это устранить.

Так, насыщение силовых сетей сложными нелинейными нагрузками вдобавок к проблемам компенсации реактивной мощности привело к засорению гармониками разных порядков и немалых амплитуд, а правительство РФ в своим постановлением N 937 от 13.08.2018 внесло в «Правила недискриминационного доступа» изменения (пп. е п. 14), согласно которым потребитель по договору обязан обеспечить качество электроэнергии на границе балансовой принадлежности.

Парадокс второй: при доступности на национальном и региональных электротехнических рынках эффективных технических средств повышения качества электроэнергии и стабильности силовой сети, востребованность этих устройств пока ограничена, причем связано это не столько с большой ценой на активные фильтры гармоник, сколько с непониманием принципа работы этих устройств и правильного подхода к выбору.

Здесь следует отметить, что зарубежные производители, их дилеры в нашей стране и единичные (пока) компании-сборщики комплектных активных фильтрокомпенсирующих устройств (АФКУ) отнюдь не облегчают выбора, заявляя свои продукты под разными маркетинговыми названиями аналогично автоматическим конденсаторным установкам повышения коэффициента мощности УКМ (УКРМ), предлагаемым под аббревиатурами АКМ, АКУ, ДФКУ и т. п.

Что такое активные фильтры гармоник и активные компенсаторы реактивной мощности

Важно понимать, что существующие на рынке и активные фильтры гармоник, и активные компенсаторы реактивной мощности, предлагаемые как генераторы реактивной энергии (Static var generator, SVG), по факту — фильтрокомпенсирующие устройства типа Shunt Active Power Filter (SAPF), подключаемые к сети параллельно нелинейной нагрузке в отличие от устройств последовательной компенсации, которые «не прижились» в низковольтных сетях из-за большой мощности (и не менее мощной нагрузки) и, соответственно, очень высокой цены. Различия между активными фильтрами гармоник и компенсаторами реактивной мощности (упрощенно) в предустановках по приоритету рабочих частот заключаются в следующем: активные фильтры охватывают спектр частот до 24/25-49 гармоники, но могут работать и с частотой 50 Гц, активные компенсаторы реактивной мощности настроены с прерогативой фундаментальной частоты (50 Гц), хотя могут компенсировать и токи гармоник высших порядков.

Схема активного фильтра

Наряду с этим, любой активный фильтр или компенсатор реактивной энергии типа SAPF включает в себя измерительную аппаратуру (обычно трансформаторы тока, реже напряжения), интеллектуальный контроллер для обработки данных и силовую часть в виде трехуровневого (3L) инвертора со скоростными ключами на базе IGBT (insulated gate bipolar transistor), иногда MOSFET (metal-oxid-semiconductor-field-effect-transistor) биполярных транзисторов, стоимость которых, по сути, и определяет высокую цену фильтрокомпенсирующего устройства. В комплект обычно включают накопители энергии, роль которых могут играть катушки или косинусные конденсаторы, но присоединение к сети происходит через «сглаживатели» в виде индуктивностей, чтобы устранить риски токов больших амплитуд.

Любое АФКУ не генерирует энергию, а преобразовывает в инверторе и выплескивает в силовую сеть противотоки (с обратной формой синусоиды) на частотах и амплитуды, заданных контроллером по данным измерительных трансформаторов. Проще говоря — нелинейная нагрузка вбрасывает в сеть токи гармоник и смещенные по фазе реактивные токи основной частоты (индуктивные или емкостные), трансформаторы их измеряют, контроллер обрабатывает данные, а инвертор с задержкой всего в четверть-полпериода синусоиды выплескивает противотоки, которые устраняют или гасят искажения.

По сути, аналогичный процесс компенсации происходит при работе установок УКМ, УКРМ, где косинусные конденсаторы батарей при разряде выбрасывают в сеть емкостные токи фундаментальной частоты, противофазные реактивным токам индуктивной нагрузки. Однако АФКУ:

  • работают и на фундаментальной частоте, и на частотах гармоник вплоть до 50 порядка;
  • компенсируют и индуктивные, и емкостные токи, т. е. по факту индифферентны к характеру нагрузки;
  • срабатывают в несколько раз быстрее благодаря высокоскоростным электронным ключам и более точно, что исключает риски пере- или недо- компенсации.

Выбор активного фильтрокомпенсирующего устройства

К основным недостаткам АФКУ относят:

  • фильтрацию искажений только от места присоединения, т. е. на участке АФКУ-нагрузка на сеть будет засорена, а выше — чистой от токов гармоник и, при необходимости, перетоков реактивной мощности;
  • высокую стоимость, которая зависит от ширины диапазона рабочих частот, скорости срабатывания (типа ключей), но больше от мощности полупроводников IGBT.

Т. е. вполне разумно предположить, что:

  • чем ближе место присоединения АФКУ к нагрузке, тем больший объем сети останется чистым от искажений и тем меньше будет мощность и стоимость устройства;
  • чем меньше частот нужно компенсировать, тем меньше суммарная мощность АФКУ и, соответственно, стоимость;
  • чем больше искажений на разных частотах, в том числе фундаментальной, можно погасить другими, менее дорогими средствами, к примеру, такими как пассивными фильтрами на гармониках первых порядков, УКРМ на фундаментальной частоте, тем дешевле обойдется АФКУ.

Поэтому выбор АФКУ должен базироваться на профессиональном энергоаудите сети, который позволит выявить:

  • необходимость компенсации реактивной мощности нагрузки и возможность использования для этих целей традиционных конденсаторных установок, причем в паре с УКРМ АФКУ может выполнять свои функции на гармониках высших порядков и параллельно «срезать» излишки индуктивных и емкостных токов в сети при недо- и пере- компенсации из-за подключения ступеней УКРМ с фиксированной мощностью;
  • необходимость компенсации токов гармоник 3, 5, 7, 9, 11 порядков, что может быть сделано с помощью пассивных фильтров при заказе АФКУ гибридного типа с силовой активной частью и пассивными колебательными контурами;
  • спектр частот, подлежащих компенсации, что даст возможность снижения мощности ключей, общей мощности и цены АФКУ.

Необходимость компенсации реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности

За исключением очень немногих особых ситуаций, электрическая энергия генерируется, передается, распределяется и используется как переменный ток (AC). Однако переменного тока имеет несколько явных недостатков. Одна из них - необходимость в реактивной мощности, которая должна подаваться вместе с активной мощностью. Реактивная мощность может быть опережающей или запаздывающей. В то время как активная мощность вносит вклад в потребляемую или передаваемую энергию, реактивная мощность не влияет на энергию.Реактивная мощность является неотъемлемой частью «общей мощности».

Реактивная мощность либо генерируется, либо потребляется почти в каждом компоненте системы, генерации, передаче и распределении и, в конечном итоге, в нагрузках. Импеданс ветви цепи в системе переменного тока состоит из двух компонентов: сопротивления и реактивного сопротивления.

Реактивное сопротивление может быть индуктивным или емкостным, что способствует увеличению реактивной мощности в цепи. Большинство нагрузок являются индуктивными и должны питаться с запаздывающей реактивной мощностью.Эту реактивную мощность экономично подавать ближе к нагрузке в распределительной системе.

Компенсация реактивной мощности в энергосистемах может быть параллельной или последовательной.

Шунтовая компенсация реактивной мощности

Поскольку большинство нагрузок являются индуктивными и потребляют отстающую реактивную мощность, требуемая компенсация обычно обеспечивается опережающей реактивной мощностью. Шунтирующая компенсация реактивной мощности может применяться либо на уровне нагрузки, либо на уровне подстанции, либо на уровне передачи.

Это может быть емкостная (опережающая) или индуктивная (запаздывающая) реактивная мощность, хотя в большинстве случаев компенсация емкостная. Наиболее распространенной формой компенсации реактивной мощности является подключение к линии шунтирующих конденсаторов.

Шунтирующие конденсаторы

Шунтирующие конденсаторы используются на уровне подстанции по следующим причинам:

Регулирование напряжения

Основная причина, по которой шунтирующие конденсаторы устанавливаются на подстанциях, - это регулирование напряжения в пределах требуемых уровней.Нагрузка меняется в течение дня, с очень низкой нагрузкой с полуночи до раннего утра, а пиковые значения приходятся на вечер с 16:00 до 19:00. Форма кривой нагрузки также меняется от буднего дня к выходному, при этом нагрузка на выходных обычно невысока.

При изменении нагрузки изменяется напряжение на шине подстанции и на шине нагрузки. Поскольку коэффициент мощности нагрузки всегда отстает, конденсаторная батарея с параллельным подключением на подстанции может повышать напряжение при высокой нагрузке. Батареи шунтирующих конденсаторов могут быть постоянно подключены к шине (батарея фиксированных конденсаторов) или могут переключаться по мере необходимости.Переключение может быть основано на времени, если изменение нагрузки предсказуемо, или может основываться на напряжении, коэффициенте мощности или линейном токе.

Снижение потерь мощности

Компенсация коэффициента мощности отстающего от нагрузки с помощью подключенной к шине шунтирующей конденсаторной батареи улучшает коэффициент мощности и снижает ток, протекающий через линии передачи, трансформаторы, генераторы и т. Д. Это снизит потери мощности (потери I2R) в этом оборудование.

Повышенное использование оборудования

Шунтовая компенсация с помощью конденсаторных батарей снижает нагрузку в кВА на линии, трансформаторы и генераторы, что означает, что с компенсацией они могут использоваться для передачи большей мощности без перегрузки оборудования.Компенсация реактивной мощности в энергосистеме бывает двух типов - шунтирующая и последовательная. Компенсацию шунта можно установить рядом с нагрузкой, на распределительной подстанции, вдоль распределительного фидера или на передающей подстанции.

У каждого приложения разные цели.

Шунтовая компенсация реактивной мощности может быть индуктивной или емкостной. На уровне нагрузки, на распределительной подстанции и вдоль распределительного фидера компенсация обычно емкостная. На передающей подстанции устанавливаются как индуктивная, так и емкостная компенсация реактивной мощности.

ИСТОЧНИК: Производство, передача и распределение электроэнергии Леонардом Л. Григсби

.

Повышение качества электроэнергии с помощью систем динамической компенсации реактивной мощности

Динамическая компенсация реактивной мощности

Во многих случаях промышленные предприятия характеризуются, в частности, использованием высокодинамичной приводной техники . Помимо неоспоримых преимуществ этих современных технологий, существует недостаток, заключающийся в том, что электрические сети подвергаются напряжению из-за частых изменений нагрузки и гармоник.

Improvement of Power Quality via Dynamic Reactive Power Compensation Systems (photo credit: Janitza) Повышение качества электроэнергии с помощью систем динамической компенсации реактивной мощности (фото предоставлено Janitza)

Это вызывает нестабильное напряжение, мерцание, чрезмерные токовые нагрузки и увеличение потерь в распределении электроэнергии.Это, в свою очередь, не только снижает полезную мощность сети, но также влияет на функции чувствительных электронных контроллеров.

Традиционные системы коррекции коэффициента мощности разработаны для чистой оптимизации коэффициента мощности , а также для снижения уровня гармоник, но они не способны справляться с быстрыми изменениями нагрузки и не обеспечивают удовлетворительного решения.

Область применения этих систем - компенсация статических или медленно изменяющихся нагрузок с циклами переключения в диапазоне минут.

Динамические (без задержки) системы компенсации реактивной мощности (например, с тиристорными конденсаторами) могут предотвращать или уменьшать сетевые возмущения, такие как кратковременные падения напряжения и мерцание. На международном техническом языке иногда используются следующие термины: «, динамическая коррекция коэффициента мощности , », «, динамическая компенсация, » или «система динамической коррекции коэффициента мощности , ».

Другим положительным эффектом системы динамической реактивной мощности является «мягкое» переключение конденсаторов .

Обычное оборудование с воздушными контакторами создает переходные пусковые токи, которые не только влияют на компоненты компенсации, но также могут привести к повреждению и сбоям (или искажениям) потребителей. Оборудование компенсации коэффициента мощности в реальном времени обычно включается и выключается при переходе через нулевой ток, что позволяет полностью избежать переходных помех.

Кроме того, кратковременные колебания напряжения и связанное с ними мерцание колбы в лампах все чаще становятся проблемами для электроэнергетики .Другими словами, колебания напряжения могут вызвать изменения светового тока в лампе накаливания. Мерцание - это субъективное впечатление от изменения плотности освещения.


Как улучшить качество электроэнергии?

Сегодня потребность в динамической системе компенсации реактивной мощности составляет потребность в высокоскоростном управлении . Эффективный доступ к режимам электропитания в пределах долей сетевого цикла возможен только при использовании мощных полупроводниковых компонентов.

Тот факт, что « реакций » возможны с силовыми полупроводниками в пределах сетевого цикла, увеличивает область применения системы динамической компенсации реактивной мощности, включая также стабилизацию напряжения или «поддержку качества электроэнергии» (т. Е. Во время сильных скачков эффективной мощности энергия, накопленная в силовых конденсаторах, может быть переключена всего за несколько миллисекунд для поддержания качества электроэнергии).

Одним из примеров потребителя энергии, который имеет сильно колеблющиеся требования к эффективной и реактивной мощности в сетях низкого напряжения, а также в сетях среднего напряжения и, таким образом, может вызывать неприятные возмущения, являются относительно большие аппараты для сварки сопротивлением (импульсные первичные).Эти машины часто проектируются для использования переменного тока, который создает высокий индуктивный процент двухфазной несбалансированной нагрузки в сети трехфазного тока.

Коэффициент мощности основной гармоники (коэффициент реактивной мощности основной гармоники cos φ1) находится здесь посередине и составляет около 0,7.

В современных машинах величина сварочного тока обычно устанавливается тиристорами, так что для преобразователей с линейной коммутацией возникают следующие возмущения в сети:

  • Гармонические токи из-за несинусоидальных сетевых токов.Падение сетевого напряжения.
  • Особенно в сетях с относительно низкой мощностью короткого замыкания увеличиваются сетевые возмущения.

Здесь для полноты картины следует отметить, что падение напряжения также является причиной мерцания.

При динамической компенсации в реальном времени комбинация высокоскоростного контроллера и тиристорных силовых модулей заменяет традиционные компоненты (контроллер реактивной мощности и конденсаторный контактор).

Thyristor power modules for LV power capacitors Рисунок 1 - Тиристорные силовые модули для силовых конденсаторов низкого напряжения

Эта система реагирует с минимальной задержкой в ​​один сетевой цикл на изменение нагрузки и тем самым предотвращает быстрое изменение реактивной мощности в электрической сети.Коэффициент мощности основной частоты (коэффициент реактивной мощности основной гармоники cos φ1) постоянно оптимизируется, а нагрузка на сеть снижается до минимума.

Чтобы полностью исключить время реакции, управление этапами компенсации может выполняться непосредственно электроникой контроллера крупных отдельных потребителей.

На рисунке 1 выше показан принцип системы динамической компенсации реактивной мощности с тиристорами . Тиристоры подходят для переключения емкостных нагрузок (т.е.е. конденсаторы с реакторной защитой и конденсаторы без реакторов).

Параллельная работа тиристоров вместе с конденсаторными контакторами в распределительной сети низкого напряжения возможна только для блоков с реакторной защитой из-за высоких токов перегрузки.

Принцип действия, как видно из рисунка 1, следующий:

Устройство состоит из двух тиристорных модулей, которые переключают фазные проводники L1 и L3 . Фазный провод L2 не переключается.Возможна также однофазная работа тиристорных модулей. Если на управляющий вход тиристора подается сигнал «ВКЛ», встроенная управляющая электроника переключает тиристоры на следующий переход через нуль отрицательного тока отдельно для каждого фазного провода. Выключение также происходит во время перехода тока через ноль.

Этот принцип устраняет переходные коммутационные помехи (переходные эффекты) и сетевые возмущения .

Тиристорные силовые модули, показанные на (Рисунок 2), могут использоваться вместе с:

  1. Программируемыми логическими контроллерами (ПЛК).
  2. Контроллеры реактивной мощности или контроллеры процессов.
  3. Компьютерные системы или технологический процесс.

И особенно для:

  1. Высокоскоростное переключение.
  2. Без сетевых помех из-за переключения без переходных процессов при переходе тока через ноль.
Thyristor switched power factor correction Рисунок 2 - Тиристорная коррекция коэффициента мощности

Примеры типичных применений:

  1. Краны.
  2. Лифты.
  3. Аппараты точечной сварки (первично-импульсные).
  4. Чувствительные производственные процессы (например, полупроводниковая промышленность).

Делая выводы из предыдущих пояснений: система динамической компенсации реактивной мощности подходит для быстрого переключения динамической коррекции коэффициента мощности. Конденсаторные контакторы заменены тиристорными модулями; а тиристорные модули подходят для почти неограниченного числа переключений.

Некоторые преимущества динамической компенсации реактивной мощности перечислены ниже:

  • Улучшение качества электроэнергии.
  • Увеличение доступной мощности (т. Е. Улучшение использования электросети).
  • Снижение потерь при передаче.

Преимущества переключения с тиристорами:

  • Отсутствие больших токов включения. Коммутация без переходных процессов.
  • Переключение в течение одного синусоидального полупериода.
  • Неограниченное количество переключений.
  • Предотвращение падений напряжения.

Ссылка // Компенсация реактивной мощности Вольфганга Хофманна, Юргена Шлаббаха и Вольфганга Жюста (приобретите твердый переплет у Amazon)

.

4 пример расчета компенсации реактивной мощности

Реактивная мощность

Сначала несколько слов об основах определения реактивной мощности в системе. Реактивный ток возникает в каждой электрической системе. Не только большие нагрузки, но и меньшие нагрузки требуют реактивной мощности. Генераторы и двигатели вырабатывают реактивную мощность, которая вызывает ненужные нагрузки и потери мощности в линиях.

4 example calculations of compensation for reactive power 4 примера расчета компенсации реактивной мощности (фото предоставлено mavinelectric.files.wordpress.com)

На рисунке 1 показана блок-схема загрузки сети.

Equivalent circuit diagram of a network with different loading: a) Equivalent circuit; b) Phasor diagram Рисунок 1 - Эквивалентная принципиальная схема сети с различной нагрузкой: а) Эквивалентная схема; б) Диаграмма

Реактивная мощность необходима для создания магнитных полей, например в двигателях, трансформаторах и генераторах. Эта мощность колеблется между источником и нагрузкой и представляет собой дополнительную нагрузку.

Энергоснабжающие организации и потребители этой электроэнергии заинтересованы в максимальном уменьшении этих недостатков.С другой стороны, нелинейные нагрузки и инверторы с фазовым управлением вызывают гармоники , которые приводят к изменениям напряжения и снижению коэффициента мощности. Для уменьшения этих гармоник используются последовательные резонансные (фильтрующие) цепи.

Теперь давайте возьмем несколько примеров, чтобы вычислить следующее:

  1. Определение емкостной мощности
  2. Емкостной мощности с коэффициентом k
  3. Определение поперечного сечения кабеля
  4. Расчет значения c / k

Пример 1 - Определение емкостной мощности

Нагрузка имеет эффективную мощность P = 50 кВт при 400 В , а коэффициент мощности должен быть скомпенсирован от cosφ = 0.75 до cosφ = 0,95 . Определите необходимую емкостную мощность. Мощность и ток до компенсации:

S1 formulae

Мощность и ток после компенсации:

S2 formulae

Требуемая емкостная мощность:

Qc formulae

Вернуться к расчетам ↑

Пример 2 - Емкостный Мощность с коэффициентом k

Емкостная мощность может быть определена с помощью коэффициента k f для заданной эффективной мощности .Коэффициент k считывается из таблицы 1 - Множители для определения киловар конденсатора, необходимых для коррекции коэффициента мощности (см. Ниже), и умножается на эффективную мощность. Результат - необходимая емкостная мощность.

Для увеличения коэффициента мощности с cosφ = 0,75 до cosφ = 0,95 из таблицы 1 находим коэффициент k = 0,55 :

Required capacitive power Qc

Вернуться к расчетам ↑

Пример 3 - Определение поперечного сечения кабеля

Трехфазная мощность 250 кВт , при Un = 400 В , при 50 Гц должна передаваться по кабелю длиной 80 м .Падение напряжения не должно превышать 4% = 16 В . Коэффициент мощности должен быть увеличен с cosφ = 0,7 до cosφ = 0,95 . Какое необходимое сечение кабеля?

P formulae

Потребление тока до компенсации:

Current consumption before compensation

Потребление тока после компенсации:

Current consumption after compensation

Эффективное сопротивление на единицу длины для 516 A составляет:

Effective resistance per unit length

Согласно таблице 2 (см. Ниже) необходимо выбрать кабель сечением 4 × 95 мм 2 .Эффективное сопротивление на единицу длины для 380 A составляет:

Effective resistance per unit length

Здесь требуется поперечное сечение кабеля 4 × 70 мм 2 . Как показывает этот пример, улучшенный коэффициент мощности приводит к снижению затрат из-за уменьшенного поперечного сечения.

Вернуться к расчетам ↑

Пример 4 - Расчет значения c / k

Для конденсаторной батареи 150 , т.е. 5 ступеней по 30 каждая , напряжения питания 400 В и прибора трансформатор с ак 500 А / 5 А , насколько велико значение ц / к? Отношение c / k определяется выражением.

Ratio c/k formulae

Вернуться к расчетам ↑

Таблицы

Таблица 1 - Множители для определения киловаров конденсатора, необходимых для коррекции коэффициента мощности

Multipliers to Determine Capacitor Kilovars Required for Power Factor Correction Таблица 1 - Множители для определения киловаров конденсатора, необходимых для коррекции коэффициента мощности 2 - Сопротивление на единицу длины для (Cu) кабеля с пластиковой изоляцией

Resistance per unit length for (Cu) cable with plastic insulation Таблица 2 - Сопротивление на единицу длины для (Cu) кабеля с пластиковой изоляцией

Вернуться к расчетам ↑

Ссылки

  1. Анализ и проектирование систем низкого напряжения от Исмаила Касикчи (покупка в твердом переплете у Amazon)
  2. Коррекция коэффициента мощности - руководство для инженера EATON
.

Как контролировать реактивную мощность на крупных электрических установках с несколькими источниками

Управление реактивной мощностью

Большинство блоков компенсации регулируются ступенчато. Для этой цели важно «знать», когда разрешено (де) активировать конденсаторную ступень с помощью реле (контроллера) коэффициента мощности. Так называемое значение C / k рассчитывается путем деления размера шага C на коэффициент k трансформатора тока.

How To Control Reactive Power With Multiple Incomers In Larger Electrical Plants Как контролировать реактивную мощность с помощью нескольких источников дохода на крупных электрических предприятиях (на фото: комплекс зданий Fraunhofer IISB с усовершенствованной системой контроля мощности от Siemens; кредит: Siemens)

Понятно, что конденсатор, например, на 50 квар, не может включается, если реле коэффициента мощности измеряет отклонение реактивной мощности всего на 10 квар относительно предварительно настроенного целевого коэффициента мощности.

В этой технической статье объясняются два способа управления реактивной мощностью в установках с несколькими вводами:

  1. Измерение с помощью суммирующего трансформатора тока
  2. Параллельная работа компенсационных банков для каждого входящего источника питания
  3. Сводка

1. Измерение Трансформатор тока суммирования

Более крупные электрические установки имеют несколько вводов с двумя или более силовыми трансформаторами, обычно работающими параллельно.Что касается управления реактивной мощностью, есть два возможных решения.

Первое решение - это, согласно рисунку 1, измерение нагрузки с помощью трех трансформаторов тока 1500 A / 5 A с каждым входящим источником питания, запитываемым одним силовым трансформатором 1000 кВА . Три пути тока суммируются в суммирующем трансформаторе тока с тремя входными путями по 5 А каждый и одним выходным трактом на 5 А.

Этот выход подключен к цепи тока реле коэффициента мощности, управляющего 12-ступенчатым центральным блоком компенсации на 600 квар.

Central-type compensation by means of summation current transformer Рисунок 1 - Компенсация центрального типа с помощью суммирующего трансформатора тока

Метод имеет большой недостаток: для правильного управления реактивной мощностью необходимо держать два выключателя связи 1 и 2 все время замкнутыми! В случае короткого замыкания все три силовых трансформатора, как правило, вырабатывают очень большую мощность.

Предположим, что размыкатель цепи связи 1 разомкнут - тогда реле коэффициента мощности не способно компенсировать реактивную мощность потребителей, подключенных к сборной шине слева.Однако реле отмечает более высокий запрос на включение конденсаторов.

Это может привести к перекомпенсации на трансформаторах 2 и 3. - это означает, что емкостная реактивная мощность поднимается на шину уровня среднего напряжения и через трансформатор 1 на компенсации потребителям. Такая передача реактивной мощности, конечно же, вызывает дополнительные потери активной мощности по кабелям и трансформаторам.

Третий недостаток заключается в том, что реле коэффициента мощности не может «видеть», в какой области возникает реактивная мощность, из-за трансформатора суммирующего тока и компенсации центрального типа, подключенных к шине посередине.Несмотря на это, важно обсудить, как рассчитать значение C / k для правильной настройки.

Для этой цели используется уравнение 1:

C/k value

Коэффициент k следует определять отдельно:

Faktor k

Первый член обозначает общее соотношение трех трансформаторов тока, а второй - символ суммирующий трансформатор, который нужно умножить, дает очень высокий общий коэффициент k = 900. Затем необходимо проверить, не будет ли минимальная чувствительность реле 1% заниженной.

Наконец, значение C / k должно быть вычислено в соответствии с уравнением 1:

C/k value

Это значение регулируется в большинстве реле коэффициента мощности путем ручной настройки C / k или в реле с полуавтоматической адаптацией. Рынок предлагает реле коэффициента мощности для цифровой установки параметров «коэффициент трансформации тока» и (наименьший) «размер шага». Неправильная настройка может привести к "поиску" ступени конденсатора!

Предположим, что четвертый входящий источник питания с дополнительным силовым трансформатором на 1000 кВА увеличивает общий коэффициент для четырех трансформаторов тока, которые необходимо суммировать, до k = 1200, а значение C / k уменьшается до 0.038 приблизительно.

Это значение значительно снижает уровень на 1% .

Была бы только возможность изменения коэффициента от 0,65 до 0,85 или, в другом расчете, показать, при каком процентном соотношении шага (50 квар) реле коэффициента мощности с полностью автоматической адаптацией C / k начнет работать. control:

Fully automatic C/k value

Реле повторно активирует конденсатор на уровне 85%, относящемся к 50 квар, или только 42,5 квар. Правильный контроль конденсаторов больше не гарантируется из-за допусков реле и конденсатора.

Что касается коэффициента k, не имеет значения, все ли силовые трансформаторы работают или нет. Коэффициент k - это всего лишь постоянная, характеризующая всей электрической установки .

Этот метод управления реактивной мощностью, как отмечалось выше, имеет некоторые недостатки. Для установки индивидуальных компенсационных банков для каждой входящей поставки гораздо больше подходит , как описано в следующих параграфах.

Вернуться к содержанию ↑


2.Параллельная работа компенсационных банков для каждой входящей поставки

Обращаясь к Рисунку 2, преимущества можно увидеть сразу. Управление реактивной мощностью выполняется индивидуально для каждого входящего источника питания с помощью собственного блока компенсации, каждый из которых управляется автоматическим контроллером реактивной мощности.

Central-type compensation for each incoming supply Рисунок 2 - Компенсация центрального типа для каждого входящего источника питания

Не имеет значения, разомкнуты или замкнуты выключатели 1 и 2 связи. Если они открыты, компенсационные банки работают индивидуально.Если они закрыты, происходит параллельная операция, о которой будет сказано далее. Все три реле коэффициента мощности, работающие параллельно, предварительно настроены на одинаковый целевой коэффициент мощности между собой.

Что касается временной задержки переключения на шаг, нет необходимости предварительно устанавливать одно и то же значение, только приблизительное, например, в диапазоне от 35 до 40 с на шаг .

Расчет C / k по уравнению 1 снова прост, поскольку не нужно учитывать суммирующий трансформатор тока.

Таким образом, коэффициент трансформатора тока составляет:

Ratio of the current transformer

Это значение C / k должно быть предварительно установлено на каждом реле с ручной или полуавтоматической адаптацией C / k одинаково в случае разомкнутой цепи связи. выключатели. А как обстоят дела с автоматическими выключателями с замкнутой связью?

Размер шага 50 квар составляет только треть измеряемой трансформаторами тока, предполагая такое же полное сопротивление на силовых трансформаторах, работающих параллельно.

Это может означать, что предварительно установленное значение C / k зависит от положения автоматических выключателей связи и должно постоянно корректироваться. Это действительно серьезный недостаток при использовании реле коэффициента мощности с ручной или полуавтоматической регулировкой C / k.

Таким образом, лучшим решением будет использование реле коэффициента мощности с функцией « полной автоматической адаптации C / k».

Они всегда регистрируют так называемый эффект компенсации для каждой ступени независимо от положения автоматических выключателей 1 и 2 связи.Даже если выключатель 2 разомкнут, а выключатель 1 замкнут, трансформатор тока компенсационной батареи C регистрирует полный размер конденсатора, но трансформаторы тока компенсационных батарей A и B только вдвое меньше.

Нет необходимости далее обсуждать недостатки реле коэффициента мощности с ручной или полуавтоматической адаптацией C / k.

При установке крупных электроустановок с токами более 1000 А необходимо строго обращать внимание на то, чтобы, например, кабелей от силовых трансформаторов до сборных шин имели одинаковую длину, чтобы обеспечить симметричное распределение нагрузки. .

Еще одна ситуация, о которой следует упомянуть, - это случай, когда один силовой трансформатор, например нет. 3, не работает из-за технического обслуживания и, конечно, при условии, что выключатели связи включены, реле коэффициента мощности компенсации C находится под напряжением, но не получает никакого сигнала от трансформатора тока.

Function between cos φd line and C/k line Рисунок 3 - Функция между линией cos φd и линией C / k

Что касается рисунка 3 , не существует вектора, который превышает пороговый уровень C / k .Старые реле, как и раньше, «ждут» с включенным количеством конденсаторов. Они не смогут установить контроль до завершения технического обслуживания.

Не все марки реле коэффициента мощности могут отключать конденсатор (конденсаторы) по истечении определенного времени измерения ‘нет тока’ или ‘I = 0’ Отображается . Таким образом, очень важно получить информацию об этом от производителя.

Вернуться к содержанию ↑


Подводя итоги

Подводя итоги, лучше всего сосредоточиться на описанном методе, а не на методе раздела 11.6.1, поскольку есть несколько преимуществ:

  1. Контроль реактивной мощности независимо от положения выключателя связи.
  2. Возможность ограничения мощности при коротком замыкании.
  3. Децентрализованная компенсация, позволяющая располагаться намного ближе к потребителям реактивной мощности.

Вернуться к содержанию ↑

Ссылка // Компенсация реактивной мощности Вольфгангом Хофманном, Юргеном Шлаббахом и Вольфгангом Юстом (приобретите твердый переплет у Amazon)

.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о