Мифы про устройства компенсации реактивной мощности

Опыт Практикующего инженера: Мифы про устройства компенсации реактивной мощности

За многие годы проектирования, производства и запуска конденсаторных установок мне приходилось сталкиваться с вопросами, которые поначалу приводили в недоумение меня и весь наш техотдел. Они касались и конденсаторных установок, и в целом компенсации реактивной мощности. А иногда звонящие звонят и сразу говорят, что им нужна конденсаторная установка. Казалось бы не Клиент, а мечта. Но при выяснении нюансов оказывалось, что человек ждет от  установки того, чего она сделать не может – ни теоретически, ни практически.

В этой статье я расскажу о некоторых заблуждениях, относительно конденсаторных установок – с которыми чаще всего приходилось сталкиваться.

 

Первый случай. Мы включили конденсаторную установку, но расходы на реактив не уменьшились.

Звонят в техподдержку. Звонящий — не наш Клиент

— Проконсультируйте, пожалуйста. Мы поставили конденсаторную установку, но у нас платежи по реактиву не изменились. В чем причина?

Мы начинаем задавать вопросы для проверки правильности подключения, правильности программирования регулятора. Есть много объективных и субъективных причин, из-за которых устройство компенсации реактива может работать хуже ожидаемого.

По ответам мы понимаем, что все включено правильно, установка расположена и подключена в нужной точке.

Тогда мы предлагаем — отправить нам почасовое потребление реактивной энергии, чтоб удостовериться в правильности параметров самой установки и получаем ответ:

— Я не могу Вам отправить почасовку. У меня счетчик не считает реактив….Мы как платили по среднему до установки конденсаторной, так и платим…

Немая сцена….

Решение:

Мы объяснили, что для начала нужно поменять существующий счетчик на счетчик,который считает все. И актив и реактив. И только после этого можно и правильно подобрать конденсаторную и увидеть экономию. Не получится экономить то, что нельзя посчитать.

Итог:

Заменили счетчик уже Клиенту, через месяц работы посмотрели на параметры и рассчитали требуемые характеристики. Клиенту не пришлось покупать новую КРМ — мы модернизировали существующую (добавили ступеней, уменьшили значение минимальной ступени, заменили регулятор 6-ступенчатый на 8- ступенчатый).

Результат:

Косинус Фи — 0,98

Платит за реактив 15% от того, что платил раньше.

Все (со счетчиком) — окупилось за 4 месяца.

 

Второй случай. Правда, что конденсаторная установка ПРЕВРАЩАЕТ реактивную энергию в активную.

Для того, чтоб развернуто ответить на этот вопрос, нужно написать в этом посте курс электротехники — поэтому прошу просто поверить мне, как достаточно сведущему человеку.

Это неправда!!!

Это две разные ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ энергии и конденсаторная установка – это не волшебный преобразователь, который берет реактивную энергию и превращает ее в активную.

При подключении конденсаторной установки в сеть, компенсируется реактивная энергия (опять же — не вся) и сокращается потребление активной энергии (в некоторых случаях доходит до 3,2 % — данные из личного опыта).

Все это приводит к уменьшению затрат на электроэнергию. Это тот редкий случай, когда счет от «Гор/Облэнерго» радует.

Но волшебного превращения реактива в актив не происходит.

 

Третий случай. Мы установили конденсаторную установку, но она не свела реактив к нулю.

Ошибка – считать, что конденсаторная установка уберет полностью реактив. Часть реактивной энергии потребляется оборудованием – например, двигателями. Они генерируют реактив, но часть из него потребляют.

Поэтому, если Вам будут обещать, что сведут реактив к нулю, т.е. в счетах за электричество напротив строки «Реактивная энергия» будет стоять ноль – знайте, что Вас вводят в заблуждение.

Нормальным значение реактивной энергии, является тогда, когда оно в пределах 20-25% от значения потребленной активной энергии. То есть,если в счете за электроэнергию у Вас потребление активной энергии 100000 кВт/ч., а потребление реактивной 20-25000 кВар – значит у Вас все нормально с реактивом и вы платите за реально потребленную реактивную энергию

 

Четвертый случай: Откровенный обман – компенсация реактивной энергии в быту.

В интернете много рекламы приборов, продавцы которых утверждают, что включив их в сеть – Вы уменьшите расход электроэнергии на 50%. Агрессивность рекламы заставила меня более внимательно изучить их фантастический прибор.

И что оказалось.

Оказывается, что эта дикая экономия достигается благодаря тому, что в сеть подключают конденсаторную батарею (конденсатор), которая:

1.  Убирает реактивную энергию

2. Преобразует реактив в актив

И еще много чего делает.

По первому пункту – компенсация реактивной энергии в бытовой сети никак не повлияет на Ваш кошелек, т.к. все бытовые пользователи платят только за активную энергию

По второму пункту – это откровенное введение в заблуждение. В науке нет ни теоретических обоснований подобной возможности, ни практических реализаций.

Подводя черту

Понятно, что не все люди разбираются во всех этих тонкостях, т.к. каждый из нас мастер в своем деле (кроме футбола и политики – тут мы все мастера:).

Именно этим и пользуются господа-придумщики всяких волшебных устройств.

UPD: Тема описанных эконом-устройств более широко раскрыта по ссылке: http://electrik.info/main/voprosy/245-pribory-dlya-yekonomii-yelektroyenergii-mif-ili.html

Надеюсь, данная статья будет вам полезна и оградит от ошибок.

Все,что я и сотрудники Вольт Энерго пишем в разделе «Статьи» на нашем сайте – «основано на реальных событиях» J

Данная статья является авторской работой и интелектуальной собственностью компании Вольт Энерго. При копировании и перепечатывании материала ссылка на сайт voltenergo.com.ua обязательна!

Выбор устройства компенсации реактивной мощности

Методика выбора устройств компенсации реактивной мощности (КРМ) заключается в выборе устройств, позволяющих улучшить коэффициент мощности потребителя до требуемого значения и состоит из следующих этапов:

• выбор места установки устройства КРМ;
• вычисление мощности устройства КРМ;
• проведение необходимых проверок и расчетов;
• собственно выбор устройства КРМ.

Выбор места установки устройства КРМ

В зависимости от особенностей конкретной электроустановки устройства КРМ могут быть установлены, как показано на рис. 1.

Рис.1 – Выбор места установки устройства КРМ

1. На вводе на стороне СН.
2. На главной распределительной шине.
3. На вторичной распределительной шине.
4. Индивидуальные конденсаторы нагрузок.

Вычисление мощности устройства КРМ, проведение необходимых проверок и расчетов

В общем случае мощность устройства КРМ определяется по формуле:

где:

• Kc = tgϕ1 — tgϕ2;
• Qc – мощность установки КРМ;
• P – активная мощность;
• tgϕ1 – фактический тангенс угла до применения установки КРМ;
• tgϕ2 – требуемый тангенс угла;
• Кс – расчетный коэффициент.

Для определения коэффициента Кс существует специальная таблица по которой, зная cosϕ1 и cosϕ2, можно определить данный коэффициент, не прибегая к математическим вычислениям.

Способ вычисления активной мощности P, а также проведение необходимых проверок и расчетов устройства КРМ зависит от места его установки. Дальше будет приведен пример ее вычисления в случае установки устройства КРМ на главной распределительной шине.

Выбор устройства КРМ

Устройства КРМ выбираются по следующим техническим характеристикам:

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

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

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

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

Пример выбора устройств КРМ

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

Рис.2 – Однолинейная схема ГРЩ без УКРМ

Технические характеристики устройств, образующих сеть, следующие:

Питающая сеть:

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

Трансформаторы 1, 2:

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

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

Выбор места установки устройства КРМ

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

Рис.3 – Однолинейная схема ГРЩ с УКРМ

1. Требуемые мощности устройств определим по формуле:

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

подставив значения из таблицы 1, получим:

• суммарная нагрузка на первый трансформатор:
  

• суммарная нагрузка на второй трансформатор:
  

3. Определяем средневзвешенный cosφ для первого трансформатора по формуле:

4. Определяем средневзвешенный cosφ для второго трансформатора по формуле:

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

Получим:

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

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

• для первого трансформатора:

• для второго трансформатора:

Расчет мощности устройства КРМ на основе баланса мощности

7. Определим мощность устройства КРМ по формуле [Л5. с 229]. • для первого трансформатора:

• для второго трансформатора:

где:

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

8. Определяем tgϕ1 и tgϕ2 зная cosϕ1 и cosϕ2:

• для первого трансформатора tgϕ1:

• для первого и второго трансформатора tgϕ2:

• для второго трансформатора tgϕ1:

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

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

9. Рассчитаем номинальный ток устройства КРМ для первого трансформатора:

10. Рассчитаем номинальный ток устройства КРМ для второго трансформатора:

Защита УКРМ

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

Определяем уставку по защите от перегрузки:

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

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

Определяем уставку защиты от КЗ:

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

Проверка установки КРМ на отсутствие резонанса

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

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

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

Литература:

1. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Седьмое издание. 2008г.
2. Учебное пособие по электроустановкам от фирмы АВВ. 2007г.
3. Справочник по компенсации реактивной мощности от фирмы RTR-Energia.
4. Выпуск № 21. Руководство по компенсации реактивной мощности с учетом влияния гармоник от фирмы Schneider Electric. 2008г.
5. Б.Ю.Липкин. Электроснабжение промышленных предприятий и установок, 1990 г.

ЗАВОД КОНДЕНСАТОРНЫХ УСТАНОВОК компенсации реактивной мощности

УКРМ VarSet-6 кВАр-слабо загр. сети с авт.выкл.-VLVAW0N03526AA	УКРМ VarSet-125 кВАр-слабо загр. сети с авт.выкл.-VLVAW2N03509AA	УКРМ VarSet-250 кВАр-загр. cети DR2,7 135Гц-VLVAF6P03514AG	УКРМ VarSet-500 кВАр-DR3,8 190Гц (4,2- 210Гц) авт. выкл.-VLVAF6P03520AA (AD)
УКРМ VarSet-12,5 кВАр-слабо загр. сети с авт.выкл.-VLVAW0N03527AA	УКРМ VarSet-125 кВАр— DR3,8 190Гц (4,2- 210Гц) авт. выкл.-VLVAF4P03509AA (AD)	УКРМ VarSet-275 кВАр-слабо загр. сети с авт.выкл.-VLVAW3N03515AA	УКРМ VarSet-500 кВАр-загр. cети DR2,7 135Гц-VLVAF6P03520AG
УКРМ VarSet-16 кВАр-слабо загр. сети с авт.выкл.-VLVAW0N03502AA	УКРМ VarSet-137,5 кВАр-слабо загр. сети с авт.выкл.-VLVAW2N03531AA	УКРМ VarSet-275 кВАр-DR3,8 190Гц (4,2- 210Гц) авт. выкл.-VLVAF6P03515AA (AD)	УКРМ VarSet-550 кВАр-слабо загр. сети с авт.выкл.-VLVAW5N03521AA
УКРМ VarSet-22 кВАр-слабо загр. сети с авт.выкл.-VLVAW0N03503AA	УКРМ VarSet-150 кВАр-слабо загр. сети с авт.выкл.-VLVAW2N03510AA	УКРМ VarSet-300 кВАр-слабо загр. сети с авт.выкл.-VLVAW3N03516AA	УКРМ VarSet-550 кВАр-DR3,8 190Гц авт. выкл.-VLVAF6P03521AA
УКРМ VarSet-32 кВАр-слабо загр. сети с авт.выкл.-VLVAW0N03504AA	УКРМ VarSet-150 кВАр-DR3,8 190Гц (4,2- 210Гц) авт. выкл.-VLVAF4P03510AA (AD)	УКРМ VarSet-300 кВАр-DR3,8 190Гц (4,2- 210Гц) авт. выкл.-VLVAF6P03516AA (AD)	УКРМ VarSet-550 кВАр-загр. cети DR2,7 135Гц-VLVAF6P03521AG
УКРМ VarSet-37,5 кВАр-слабо загр. сети с авт.выкл.-VLVAW1N03528AA	УКРМ VarSet-150 кВАр-загр. cети DR2,7 135Гц-VLVAF4P03510AG	УКРМ VarSet-300 кВАр-загр. cети DR2,7 135Гц- VLVAF6P03516AG	УКРМ VarSet-600 кВАр-слабо загр. сети с авт.выкл.-VLVAW5N03522AA
УКРМ VarSet-50 кВАр-слабо загр. сети с авт.выкл.-VLVAW1N03506AA	УКРМ VarSet-175 кВАр-слабо загр. сети с авт.выкл.-VLVAW2N03511AA	УКРМ VarSet-350 кВАр-слабо загр. сети с авт.выкл.-VLVAW5N03517AA	УКРМ VarSet-600 кВАр-DR3,8 190Гц (4,2- 210Гц) авт. выкл.-VLVAF6P03522AA (AD)
УКРМ VarSet-50 кВАр-DR3,8 190Гц с авт. выкл.-VLVAF4P03506AA	УКРМ VarSet-175 кВАр-DR3,8 190Гц (4,2- 210Гц) авт. выкл.-VLVAF4P03511AA (AD)	УКРМ VarSet-350 кВАр-DR3,8 190Гц (4,2- 210Гц) авт. выкл.-VLVAF6P03517AA (AD)	УКРМ VarSet-600 кВАр-загр. cети DR2,7 135Гц-VLVAF6P03522AG
УКРМ VarSet-69 кВАр-слабо загр. сети с авт.выкл.-VLVAW1N03529AA	УКРМ VarSet-200 кВАр-слабо загр. сети с авт.выкл.-VLVAW3N03512AA	УКРМ VarSet-350 кВАр-загр. cети DR2,7 135Гц-VLVAF6P03517AG	УКРМ VarSet-700 кВАр-слабо загр. сети с авт.выкл.-VLVAW5N03534AA
УКРМ VarSet-75 кВАр-слабо загр. сети с авт.выкл.-VLVAW1N03507AA	УКРМ VarSet-200 кВАр-DR3,8 190Гц (4,2- 210Гц) авт. выкл.-VLVAF4P03512AA	УКРМ VarSet-400 кВАр-слабо загр. сети с авт.выкл.-VLVAW5N03518AA	УКРМ VarSet-700 кВАр-DR3,8 190Гц авт. выкл.-VLVAF8P03534AA
УКРМ VarSet-75 кВАр-DR3,8 190Гц с авт. выкл.-VLVAF4P03507AA	УКРМ VarSet-200 кВАр-загр. cети DR2,7 135Гц-VLVAF4P03512AG	УКРМ VarSet-400 кВАр-DR3,8 190Гц (4,2- 210Гц) авт. выкл.-VLVAF6P03518AA (AD)	УКРМ VarSet-800 кВАр-DR3,8 190Гц авт. выкл.-VLVAF8P03535AA
УКРМ VarSet-87,5 кВАр-слабо загр. сети с авт.выкл.-VLVAW1N03530AA	УКРМ VarSet-225 кВАр-слабо загр. сети с авт.выкл.-VLVAW3N03513AA	УКРМ VarSet-400 кВАр-загр. cети DR2,7 135Гц-VLVAF6P03518AG	УКРМ VarSet-900 кВАр-слабо загр. сети с авт.выкл.-VLVAW5N03536AA
УКРМ VarSet-100 кВАр-слабо загр. сети с авт.выкл.-VLVAW1N03508AA	УКРМ VarSet-225 кВАр-DR3,8 190Гц (4,2- 210Гц) авт. выкл.-VLVAF6P03513AA (AD)	УКРМ VarSet-450 кВАр-слабо загр. сети с авт.выкл.-VLVAW5N03519AA	УКРМ VarSet-1000 кВАр-слабо загр. сети с авт.выкл.-VLVAW5N03537AA
УКРМ VarSet-100 кВАр-DR3,8 190Гц (4,2- 210Гц) авт. выкл.-VLVAF4P03508AA(AD)	УКРМ VarSet-250 кВАр-слабо загр. сети с авт.выкл.-VLVAW3N03514AA	УКРМ VarSet-450 кВАр-DR3,8 190Гц (4,2- 210Гц) авт. выкл.-VLVAF6P03519AA	УКРМ VarSet-1000 кВАр-DR3,8 190Гц авт. выкл.-VLVAF8P03537AA
УКРМ VarSet-100 кВАр-загр. cети DR2,7 135Гц-VLVAF4P03508AG	УКРМ VarSet-250 кВАр-DR3,8 190Гц (4,2- 210Гц) авт. выкл.-VLVAF6P03514AA (AD)	УКРМ VarSet-500 кВАр-слабо загр. сети с авт.выкл.-VLVAW5N03520AA	УКРМ VarSet-1150 кВАр-слабо загр. сети с авт.выкл.-VLVAW5N03539AA
Показать больше элементов

Ошибка 404. Страница не найдена!

Ошибка 404. Страница не найдена!

К сожалению, запрошенная вами страница не найдена на портале. Возможно, вы ошиблись при написании адреса в адресной строке браузера, либо страница была удалена или перемещена в другое место.

 

 

 

Типовые устройства (средства) для компенсации реактивной мощности

Типовые устройства (средства) для компенсации реактивной мощности в сетях переменного тока

Эволюция устройств компенсации реактивной мощности. Традиционные устройства компенсации реактивной мощности. Прогрессивные устройства коррекции коэффициента мощности для сетей низкого и среднего напряжения.

Перетоки реактивной мощности, негативно влияющие на генерацию, транспорт и качество поставляемой электроэнергии, официально признаны проблемой на рубеже XIX – XX веков, а первые практические шаги для компенсации реактивной мощности были сделаны еще в 1914 году путем включения в сеть последовательно с нагрузкой шунтирующих конденсаторов и долгое время статические батареи конденсаторов оставались если и не единственным, то наиболее популярным средством коррекции коэффициента мощности в сетях с индуктивными нагрузками. Со второй половины прошлого века параллельно со статическими релейными (контакторными) установками компенсации реактивной мощности с механическим включением и отключением ступеней батарей шунтирующих силовых конденсаторов начали использовать и другие средства коррекции мощности.

На рубеже нового тысячелетия претерпела изменение сама концепция электрической сети, которая сегодня переведена из категории пассивных устройств транспорта электроэнергии в активную систему, участвующую и влияющую на процесс генерации, передачи и потребления электрической энергии, что определило необходимость разработки технологий, средств и алгоритмов управления сетью, ее элементами, узлами и нагрузками. Так, по сути, сформировалась концепция гибких управляемых систем электропередачи переменного тока FACTS (Flexible Alternative Current Transmission System), формализованная американским Институтом электроэнергетики EPRI, в которые для контроля и управления генерацией, транспортом и потреблением электроэнергии интегрировались традиционные и новые средства коррекции коэффициента мощности и повышения качества электроэнергии — самокоммутируемые преобразователи напряжения, статические тиристорные компенсаторы (устройства компенсации реактивной мощности с тиристорным переключением TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor), реакторы с тиристорным управлением TCR (Thyristor Controlled Reactor), конденсаторные батареи с тиристорным переключением TSC (Thyristor Switched Capacitor), системы статической компенсации реактивной мощности SVC (Static VAR Compensator) — комбинации компонентов TCR и TSC), синхронные статические компенсаторы STATCOM (Static Synchronous Compensator), управляемые устройства (фазоповоротные и продольной емкостной компенсации, регуляторы потока мощности UPFC (Unified Power Flow Controllers), динамические восстановители напряжения DVR (Dynamic Voltage Restorers), интерлайн-регуляторы потока (IPFC), сверхпроводящие электромагнитные запоминающие устройства (SMES), асинхронизированные машины, электромашинновентильные комплексы и т.д.) и управляющие системы – WAMPAC (wide-area monitoring, protection, and control systems — глобального мониторинга, защиты и управления) и глобального позиционирования (GPS), фазных измерений (PMU) и диспетчерского управления/сбора информации (SCADA), защиты схем управления (SPS) и т.д.

Традиционные устройства компенсации реактивной мощности.

К традиционным устройствам компенсации реактивной мощности сегодня можно отнести:

• механически (вручную) переключаемые типовые релейные (контакторные) установки типа КРМ, УКРМ с фильтрами высших гармоник и без, в основном ориентированные на компенсацию реактивной мощности по централизованной, групповой, индивидуальной или комбинированной схемах на участках сетей и в сетях низкого (или среднего напряжения) с линейными нагрузками.

Довольно ограниченное использование (по типу нагрузки и уровню напряжения) релейных установок с механическим включением/отключением ступеней батарей конденсаторов обусловлено продолжительностью включения/отключения блока (батареи) силовых конденсаторов даже с помощью вакуумных контакторов, что при быстрой динамике потребности нагрузки в реактивной мощности создает существенные риски перенапряжений или провалов напряжения со всеми вытекающими из этого негативными последствиями.

Более продвинутые, но и значительно более дорогие версии релейных установок компенсации реактивной мощности оборудуются импульсно-модуляционными преобразователями (ИМП) и индуктивностью для компенсации мгновенной реактивной мощности.

Релейные (контакторные) установки для коррекции коэффициента мощности с импульсно-модуляционным преобразователем и емкостным (а) и индуктивным (б) накопителями энергии.

Диаграммы напряжений и токов релейной установки коррекции коэффициента мощности компенсатора с ИМП и нагрузкой сложного характера, где:
а) напряжения и токи трёх фаз распределительной сети;
б) напряжение и токи фазы А: линейной нагрузки IAлн, нелинейной нагрузки IAнн и компенсатора IAк.

Прогрессивные устройства коррекции коэффициента мощности для сетей низкого и среднего напряжения.

Базовую линейку устройств коррекции коэффициента мощности для сетей низкого и среднего напряжения формируют:

• установки компенсации реактивной мощности типа TSC с применением управляемых вентилей (тиристоров)
• управляемые тиристорными переключателями, со срабатыванием (переключением между ступенями) от 1/2 до 2 циклов колебаний тока/напряжения (от 0,02 с). Тиристорные установки компенсации реактивной мощности обеспечивают переключение конденсаторных батарей в момент равенства напряжений на конденсаторах и в сети во время, достаточное для коммутации с нелинейной нагрузкой, практически не генерировали высших гармоник и впервые были использованы в 50-х годах прошлого века.

Однако установки компенсации реактивной мощности типа TSC так и оставались дискретными по генерации реактивной мощности из-за ступенчатого переключения батарей, оперативность переключения которых обеспечивалась отдельным дорогим тиристором на каждой ступени. Некоторого снижения материалоемкости и цены установок TSC удалось добиться использованием тиристорно-диодных схем, но это привело к увеличению задержки включения/отключения ступеней, а значит и повышению рисков перенапряжения и провалов напряжения в сети.

Бинарные тиристорно-диодные переключатели (сверху) и диаграммы токов бинарной тиристорно-диодной установки(снизу), где:
а — d – токи по В1 – В4; е – результирующая кривая тока установки.

Справка: Установки компенсации реактивной мощности типа TSC с применением управляемых вентилей (тиристоров) на тиристорно-диодных схемах по факту – компенсирующие устройства прямой компенсации, в которых ступенчатое регулирование осуществляется с помощью включения и отключения батарей конденсаторов (и фильтров высших гармоник) в зависимости от динамики потребности в реактивной мощности энергопотребляющего устройства (нагрузки). Здесь нивелирование переходных процессов при включении/отключении, вызывающих колебания напряжения, достигается включением конденсаторных батарей тиристорными ключами в момент равенства напряжения в сети и на конденсаторах и по величине, и по полярности.

Устройства TSC с применением управляемых вентилей (тиристоров) прямой компенсации: а – схема; б – принцип работы, где 1-5 – ступени компенсации.

• управляемые тиристорами реакторы (TCR) и комбинированные установки компенсации реактивной мощности TSC-TCR с применением управляемых вентилей (тиристоров) на тиристорно-диодных схемах для управления переключением ступеней батарей статических конденсаторов и реакторов. Это устройства компенсации реактивной мощности с динамическим (плавным) регулированием индуктивного элемента (реактора) и нерегулируемой (TCR) или регулируемой (TSC-TCR) части – блока конденсаторных батарей (или фильтров высших гармоник). Индуктивность (реактор) в топологии устройства используется для демпфирования излишков генерируемой конденсаторами реактивной мощности, попадающих в сеть при переключении ступеней конденсаторных батарей. Регулируемые с применением управляемых вентилей конденсаторные батареи (TSC-TCR) в определенной степени решают проблему дискретности по генерации реактивной мощности

Справка: По факту управляемые тиристорами реакторы (TCR) и комбинированные установки TSC-TCR — статические компенсирующие устройства косвенной компенсации с применением управляемых вентилей (тиристоров), где нивелирование перепадов сетевого напряжения достигается за счет потребления генерируемой конденсаторами реактивной мощности управляемым реактором тогда, когда она не востребована нелинейной нагрузкой (и наоборот), причем регулирование и быстродействие устройства должно обеспечивать баланс наброса и сброса реактивной мощности в соответствии с потребностью нагрузки.

Рис. Компенсация реактивной мощности устройством косвенной компенсации TSC-TCR, где: а – схема; б – принцип действия устройства косвенной компенсации реактивной мощности.

Регулирование тока в реакторе, как правило, осуществляется посредством встречно-параллельно включенных тиристоров (время задержки 0.01 с), но ряд зарубежных компаний поставляет устройства с управляемым насыщающимся реактором (время задержки 0.06 с).

• установки синхронной компенсации реактивной мощности — синхронные двигатели разных типов и специальной конструкции, которые при работе на холостом ходу и в режиме перевозбуждения обмотки генерируют реактивную мощность. Для устройств синхронной компенсации характерно меньшее быстродействие в сравнении со статическими устройствами компенсации, отсутствие возможности управления по фазам, а также интеграции с FACTS.

Сравнение возможностей быстродействующих синхронных компенсаторов и статических устройств компенсации реактивной мощности с применением управляемых вентилей.

Параметры сравнения	Специальный быстродействующий синхронный компенсатор	Статические тиристорные компенсирующие устройства
		прямой компенсации	косвенной компенсации
Скорость регулирования, с	Более 0,06	Менее 0,02	Менее 0,01
Регулирование	Плавное	Ступенчатое	Плавное
Строительная часть	Массивные фундаменты	Фундаменты не требуются, большая гибкость монтажа
Обслуживание	Смазка, охлаждение и т. д.	Обслуживания практически не требуется
Отношение Qуст к Qmax, отн. ед.	0,5–0,7, имеется возможность перегрузки до 2-х кратной	1,0; перегрузка не допускается	2,0; регулируемая индуктивная часть 1,0; емкостная нерегулируемая часть 1,0
Работа на несимметричную нагрузку	Показное управление практически невозможно	Осуществляется пофазное управление практически без дополнительных затрат
Потери от номинальной мощности, %	2,5 – 4,0	0,5 – 1,0	1,0 – 2,0
Искажение питающего напряжения	Нет	Нет	Управляемый тиристорами реактор является источником высших гармоник

НЕОБХОДИМА КОНСУЛЬТАЦИЯ?

Где необходима компенсация реактивной мощности?

Где необходима компенсация реактивной мощности?

 

Одним из основных направлений сокращения потерь электроэнергии и повышения эффективности электроустановок промышленных предприятий является компенсация реактивной мощности с одновременным повышением качества электроэнергии непосредственно в сетях предприятий. Чем ниже коэффициент мощности cos(ф) при одной и той же активной нагрузке электроприемников, тем больше потери мощности и падение напряжения в элементах систем электроснабжения. Поэтому следует всегда стремиться к получению наибольшего значения коэффициента мощности.

Для решения этой задачи применяются компенсирующие устройства, называемые  установками компенсации реактивной мощности (КРМ, или УКМ-58), основными элементами которых являются конденсаторы. Применение установок КРМ (УКМ-58) позволяет исключить оплату за потребление из сети и генерацию в сеть реактивной мощности, при этом суммы платежа за потребляемую энергию, определяемые тарифами энергосистемы, значительно сокращаются.

Применение установок КРМ (УКМ-58) эффективно на предприятиях, где используются станки, компрессоры, насосы, сварочные трансформаторы, электропечи, электролизные установки и прочие потребители энергии с резкопеременной нагрузкой, то есть на производствах металлургической, горнодобывающей, пищевой промышленности, в машиностроении, деревообработке и производстве стройматериалов – то есть везде, где из-за специфики производственных и технологических процессов значение cos(ф) колеблется от 0,5 до 0,8.

Применение установок необходимо на предприятих, использующих:

• Асинхронные двигатели (cos(ф) ~ 0.7)
• Асинхронные двигатели, при неполной загрузке (cos(ф) ~ 0.5)
• Выпрямительные электролизные установки (cos(ф) ~ 0.6)
• Электродуговые печи (cos(ф) ~ 0.6)
• Индукционные печи (cos(ф) ~ 0.2-0.6)
• Водяные насосы (cos(ф) ~ 0.8)
• Компрессоры (cos(ф) ~ 0.7)
• Машины, станки (cos(ф) ~ 0.5)
• Сварочные трансформаторы (cos(ф) ~ 0.4)
• Лампы дневного света (cos(ф) ~ 0.5-0.6)

Применение установок эффективно в производствах:

• Мясоперерабатывающее (cos(ф) ~ 0.6-0.7)
• Хлебопекарное (cos(ф) ~ 0.6-0.7)
• Лесопильное (cos(ф) ~ 0.55-0.65)
• Молочное (cos(ф) ~ 0.6-0.8)
• Механообрабатывающее (cos(ф) ~ 0.5-0.6)
• Авторемонтное (cos(ф) ~ 0.7-0.8)
• Пивоваренный завод (cos(ф) ~ 0.6)
• Цементный завод (cos(ф) ~ 0.7)
• Деревообрабатывающее предприятие (cos(ф) ~ 0.6)
• Горный разрез (cos(ф) ~ 0.6)
• Сталелитейный завод (cos(ф) ~ 0.6)
• Табачная фабрика (cos(ф) ~ 0.8)
• Порты (cos(ф) ~ 0.5).

Снижение величины полной мощности при компенсации*:

cos(ф) без компенсации	Снижение величины полной мощности при компенсации до cos(ф) = 0,95
0,95	0%
0,90	5%
0,85	11%
0,80	16%
0,75	21%
0,70	26%
0,65	32%
0,60	37%

* — данные получены на основании обобщенного опыта эксплуатации установок КРМ (УКМ-58).

Устройства компенсации реактивной мощности АУКРМ

АУКРМ — выгодное решение, способное выполнить множество задач для любого объекта, потребляющего реактивную мощность.

АУКРМ расшифровывается как автоматическая установка компенсации реактивной мощности. Ее основное преимущество в отличии от не автоматических (нерегулируемых) установок, которые были распространены в советское время — это полностью автоматическая работа.

При том, что затраты времени на обслуживание АУКРМ минимальны, ее эффективность сложно переоценить.

Принцип работы АУКРМ заключается в своевременном подключении необходимого количества ступеней, в зависимости от нагрузки в сети.

Настройки работы вводятся один раз и далее установка функционирует в заданном режиме.

Бывает такое, что исчезает напряжение в сети. В этом случае после подачи напряжения, установка АУКРМ возобновляет свою работу без дополнительного вмешательства.

Главное для долгосрочной эксплуатации АУКРМ — это своевременные осмотры и протяжка болтовых соединений при необходимости.

Самыми частыми проблемами, с которыми сталкиваются энергетики и электрики в сетях 0.4 кВ на своих предприятиях оказываются следующие явления :  

1. Не хватает мощности трансформатора.
2. Заниженное напряжение
3. Значительные потери активной мощности
4. Греются провода и кабели
5. Большие счета за оплату электроэнергии

Это основные неприятности которые ликвидируются применением АУКРМ.

Если не хватает мощности трансформатора

Конденсаторная установка АУКРМ является генератором реактвной мощности  и при присоединении ее к сети, часть мощности начинает поступать не от Вашего трансформатора, а непосредственно от АУКРМ. Таким образом Вы можете наблюдать явление, которое многих удивляет — различное значение  тока в одном и том же проводнике.

Наша компания иногда демонстрирует это заказчику, после монтажа АУКРМ. Мы замеряем ток до присоединения конденсаторной установки и после. Показания различаются и в зависимости от первоначального коэффициента мощности ( до использования АУКРМ), эта разница достигает до 70%.

Это явление Вы можете посмотреть на видео ниже, там показано как значение тока снижается в момент подключения ступеней установки.

Применение АУКРМ при заниженном напряжении

Заниженное напряжение — проблема многих производственных предприятий. И не всегда представляется возможными повлиять на это обращениями в энергоснабжающую организацию.

А производственные процессы тем временем останавливать нельзя. На помощь может придти АУКРМ, так как при включении конденсаторных ступеней напряжение возрастает. В некоторых случаях для поднятия напряжения, в настройках АУКРМ может задаваться небольшая перекомпенсация. Это делается путем изменения целевого значения коэффициента мощности. 

К примеру, в сети с нагрузкой в 250 кВт, и напряжением 350 В была присоединена АУКРМ-0,4-300-25 . Мощность этой установки 300 кВАр. При включении нескольких ступеней, характер нагрузки изменился с индуктивного на емкостной и напряжение в сети возросло до 380 В.

Значительные потери активной мощности и нагрев проводников

Если Вы хотите снизить потери активной мощности, то применение АУКРМ окажет в этом максимальную помощь из возможного. Главным условием в этом будет расположение установки непосредственно вблизи потребителей реактивной мощности.

Передача электроэнергии на расстояния, даже не большие, сопровождается потерями активной мощности. И соответственно, чем больше электроэнергии передается, тем больше и потери. Снижая полную мощность нагрузки с помощью АУКРМ, мы снижаем и потери мощности на нагрев и намагничивание проводников, на которые и тратится активная мощность.

Большие счета на оплату электроэнергии

В случаях, когда потребитель электроэнергии заключает договор с поставщиком, и обязуется платить за заявленную максимальную мощность  применение АУКРМ становится особенно актуальным. Так как установки АУКРМ способны снизить полную мощность в среднем до 50%, то есть прекрасная возможность снизить заявленную мощность на эти же 50 % и сэкономить на оплате за заявленную мощность.