Компенсація реактивної потужності на підприємстві дозволяє суттєво скоротити витрати електроенергії, знизити навантаження на кабельні мережі та трансформатори, продовживши тим самим їх ресурс.
Як відомо Основними споживачами електроенергії на промислових підприємствах є такі індуктивні приймачі, як асинхронні електродвигуни, трансформатори, індукційні установки тощо. буд. Робота цих приймачів пов'язані з споживанням реактивної енергії до створення електромагнітних полів.
Наявність реактивної потужності є несприятливим фактором для мережі загалом
В результаті цього:
Показником споживання реактивної потужності є коефіцієнт потужності (КМ), чисельно рівний косинус кута (ɸ) між струмом та напругою. КМ споживача окреслюється відношення споживаної активної потужності до повної, дійсно взятої з мережі, тобто: COS(ɸ)=Р/S. Цим коефіцієнтом прийнято характеризувати рівень реактивної потужності двигунів, генераторів та мережі підприємства загалом. Чим ближче значення COS(ɸ) до одиниці, тим менша частка взятої з мережі реактивної потужності.
Для підвищення коефіцієнта потужності застосовують силові конденсатори та конденсаторні установки, що є найбільш вигідними джерелами отримання реактивної потужності.
Збільшення КМ вирішується підключенням до мережі конденсаторних батарей, що виробляють реактивну енергію у кількості, достатньому для компенсації реактивної потужності, що виникає у навантаженні.
Найбільш вигідний спосіб компенсації визначається конкретними умовами даного підприємства, і його вибір здійснюється на підставі техніко-економічних розрахунків та рекомендацій наших спеціалістів. Як правило, компенсація повинна проводитися в тій же мережі (на тій же напрузі), до якої підключено споживача, що забезпечує мінімальні втрати.
Наша Компанія пропонує повний спектр послуг, А САМЕ:
Залежно від потреби Замовника установки можуть бути виготовлені як для внутрішньої, так і для вуличної установки. Крім цього, можливий монтаж установок усередині утепленого блок-контейнера.
Для підприємств із різко змінним навантаженням (підприємства з великою кількістю підйомно-транспортного обладнання, потужного зварювального обладнання тощо) ми пропонуємо тиристорні конденсаторні установки, які забезпечують перемикання ступенів конденсаторів із затримкою не більше 20 мс.
Для вироблення оптимального технічного рішення ми пропонуємо виїзні вимірювання параметрів якості електроенергії у мережі підприємства. При необхідності наші інженери виконають шефмонтаж обладнання, а також будь-яке гарантійне та післягарантійне обслуговування та ремонт.
Занадто висока або як її називають, реактивна енергія і потужність, сприяють значному погіршенню роботи електричних мереж і систем. Ми пропонуємо розглянути в нашій статті як здійснюється автоматична компенсація реактивної потужності (крм) та перекомпенсація в мережах на підприємствах, у квартирі та у побуті.
Чим більше потрібно енергії – тим вищий рівень споживання палива. І це завжди виправдано. Компенсація потужності, тобто, її правильний розрахунок, допоможе заощадити в промислових розподільних електромережах на виробництві до 50% палива, що витрачається, а в деяких випадках і більше.
Потрібно розуміти, що тим більше ресурсів витрачено на виробництво, тим вищою буде ціна кінцевого продукту. При можливості знизити вартість виготовлення товару, виробник чи підприємець, зможе знизити його ціну, ніж залучити потенційних клієнтів та споживачів.
Як наочний приклад – пара діаграм нижче. Еці вектори візуально передають повний ефект від роботи установки.
Діаграма до роботи установки
Діаграма після роботи установки Крім цього, ми також позбавляємося від втрат в електромережах, від чого ефект наступний:
Загальна схема перетворювача Найчастіше реактивна енергія і потужність споживається при використанні трифазного асинхронного двигуна, тут і потрібна найсильніша компенсація. Згідно з останніми даними: 40% – споживають двигуни (від 10 кв), 30 – трансформатори, 10 – перетворювачі та випрямлячі, 8% – витрата освітлення
Для того щоб зменшити цей показник, використовуються конденсаторні пристрої або установки. Але існує безліч підтипів цих електроприладів. Які бувають конденсаторні установки та як вони працюють?
Відео: Що таке компенсація реактивної потужності та для чого вона потрібна?
Для того щоб здійснювалася компенсація енергії та реактивної потужності конденсаторними батареями та синхронними двигунами, знадобиться встановлення енергозбереження. Найчастіше використовують подібні пристрої з реле, хоча натомість може бути встановлений контактор чи тиристор. Удома використовуються релейні прилади дугової компенсації. Але якщо проводиться компенсація реактивної енергії та потужності на заводах, у трансформаторів (там, де несиметричне навантаження), то набагато доцільніше застосовувати тиристорні пристрої.
В окремих випадках можливе використання комбінованих пристроїв, це прилади, які одночасно працюють через лінійний перетворювач, і через реле.
Чим допоможе використання установок:
Попередньо знадобиться схема роботи електромережі та документи від ПУЕ, за якими і проводиться рішення про компенсацію енергії та реактивну потужність ДСП. Далі потрібен економічний розрахунок:
Далі потрібно згенерувати частину потужності відразу на місці її надходження до мережі за допомогою генератора. Це називається централізована компенсація. Вона може проводитись також за допомогою установки cos, electric, schneider, tg.
Але існує також індивідуальна однофазна компенсація реактивної енергії та потужності (або поперечна), її ціна набагато нижча. У цьому випадку проводиться установка впорядкованих регулюючих пристроїв (конденсаторів) безпосередньо у кожного споживача живлення. Це оптимальний вихід, якщо регулюється трифазний двигун чи електропривод. Але цей тип компенсації має істотний недолік – вона не регулюється, і тому називається ще й нерегульованою або нелінійною.
Статичні компенсатори чи тиристори працюють за допомогою взаємоіндукції. У цьому випадку перемикання здійснюють за допомогою двох або більше тиристорів. Найпростіший і найбезпечніший метод, але його істотним недоліком є те, що гармоніки генеруються вручну, що значно ускладнює процес монтажу.
Поздовжня компенсація проводиться методом варистора чи розрядника.
Поздовжня компенсація реактивної потужності Сам процес відбувається через наявність резонансу, що утворюється через напрям індуктивних зарядів один одному на зустріч. Ця технологія і теорія компенсації потужності застосовується для реактивних і тягових двигунів, сталеплавильної або верстатної техніки Гармоніки, наприклад, і називається ще штучна.
Існує безліч виробників і типів установок конденсаторних установок:
Їхня вартість відрізняється залежно від організації, для більш точної та вичерпної інформації відвідайте форум, де обговорюється компенсацій реактивної потужності.
Конденсаторна установка (КУ, або УКРМ - установка компенсації реактивної потужності) - згідно з діючим, це електроустановка, що складається з конденсаторів і допоміжного електрообладнання, що відноситься до неї (регулятора реактивної потужності, контакторів, запобіжників і т. д.).
За місцем встановлення КУ розрізняють такі види компенсації: централізована на високій стороні (а), централізована на низькій стороні (б), групова (в) та індивідуальна (г)(Див. малюнок нижче).
Практично поширеними способами компенсації реактивної потужності електропостачання промислових підприємств є групова компенсація, можливі варіанти комбінованого розміщення конденсаторних установок.
Визначення найвигідніших рішень вибору способу компенсації реактивної потужності проводиться на підставі техніко-економічних розрахунків ретельних досліджень виробничих умов, факторів конструктивного характеру і т.д.
При виборі місця розміщення конденсаторної установки у розподільній мережі необхідно враховувати її вплив на режим напруги та величину втрат енергії у мережі. Як правило, компенсація реактивної потужності повинна проводитися в тій самій мережі (на тій же напрузі), де вона споживається, при цьому будуть мінімальні втрати енергії, а отже, і менші потужності трансформаторів.
Залежно від вимог до характеристик обладнання та складності керування, КРМ може бути наступних типів:
У схемі використовується один або кілька конденсаторів, що забезпечують постійний компенсаційний рівень. Управління може бути:
Конденсатори приєднуються:
Даний тип компенсації передбачає автоматичну підтримку заданого cos φ шляхом регулювання кількості реактивної енергії, що виробляється відповідно до змін навантаження.
Устаткування КРМ встановлюється та підключається до тих місць електроустановки, де зміни активної та реактивної потужності відносно великі, наприклад:
Нерегульована компенсація застосовується там, де потрібно компенсувати реактивну потужність, що не перевищує 15% від номінальної потужності трансформаторного джерела живлення. Якщо потрібно компенсувати більше 15%, рекомендується встановлювати конденсаторну батарею з автоматичним регулюванням.
Управління зазвичай здійснюється електронним пристроєм (контролером реактивної потужності), яке відстежує фактичний коефіцієнт потужності та видає команди на підключення чи відключення конденсаторів для досягнення заданого коефіцієнта. Таким чином, реактивна енергія регулюється східчасто. Крім того, регулятор реактивної потужності видає інформацію про характеристики електромережі (амплітуда напруги, рівень спотворень, коефіцієнт потужності, фактична активна та реактивна потужність) та стан обладнання.
У разі несправності подаються аварійні сигнали. З'єднання зазвичай забезпечується контакторами. Для швидкої і частої комутації конденсаторів при компенсації навантажень, що сильно змінюються, слід використовувати напівпровідникові ключі.
Даний тип КРМ використовується для запобігання коливанням напруги в мережах із змінними навантаженнями. Принцип динамічної компенсації полягає в тому, що разом із нерегульованою конденсаторною батареєю використовується електронний компенсатор реактивної потужності, що забезпечує випередження або запізнення реактивних струмів щодо напруги. В результаті виходить швидкодіюча компенсація, що змінюється, добре підходить для таких навантажень, як ліфти, дробарки, апарати точкового зварювання і т. д.
Конденсаторні установки слід вибирати з урахуванням умов експлуатації протягом усього терміну служби комплектуючих, насамперед конденсаторів та контакторів.
Умови експлуатації значно впливають на термін служби конденсаторів.
Слід враховувати такі параметри:
Залежно від амплітуди гармонік електромережі застосовуються різні конфігурації пристроїв КРМ:
Конденсатори сходять до складу будь-якої установки компенсації реактивної потужності (нерегульованої або автоматичної) та використовуються для коригування коефіцієнта потужності індуктивних споживачів (трансформаторів, електричних двигунів, ректифікаторів) в електричних мережах для напруги до 660 В.
Найпопулярніші компенсації реактивної потужності складаються з циліндричного алюмінієвого корпусу, всередині якого змонтовані три однофазні конденсатори, з'єднані за схемою "трикутник" (див. рис. варіант а). Підключення здійснюється через три клеми. Також існують моделі (наприклад від Legrand) із шістьма клемами (див. рис. варіант б) вони дозволяють підключати контактор у розрив трикутника. Що, у свою чергу, дозволяє взяти контактор меншого номіналу.
У корпусі конденсатора встановлений діелектрик із трьома поліпропіленовими шарами, металізованими алюмінієм та цинком. Дане покриття забезпечує низький рівень втрат та високу стійкість до високих імпульсних струмів, а також сприяє самовідновленню конденсатора під час пробою. Залежно від величини робочої напруги поліпропіленова плівка має різну товщину. При цьому шари металізації виступають у ролі провідників струму (тобто обкладок), а поліпропілен є діелектриком. Після виконання необхідних технологічних операцій та проходження контролю якості ємнісні елементи (рулони) поміщаються в алюмінієві циліндричні корпуси і заливаються поліуретановою смолою, нетоксичною та високими екологічними властивостями.
Вихідним матеріалом для виробництва конденсаторів є поліпропіленова плівка. На початку технологічного процесу відбувається металізація поліпропіленової плівки для формування на ній струмопровідного шару товщиною 10-50 нм із суміші цинку та алюмінію. Застосування матеріалу із зазначеними характеристиками дозволяє досягти отримання ефекту самовідновлення у разі виникнення пробою діелектрика між обкладинками конденсатора. При цьому електрична енергія випаровує метал навколо пошкодженого місця і тим самим запобігає короткому замиканню. Втрата ємності протягом цього процесу, зовсім незначна (близько 100pF). Здатність до самовідновлення гарантує високу операційну надійність та тривалий термін експлуатації конденсатора. Для зведення до мінімуму тангенса кута діелектричних втрат, на торці конденсаторних секцій наноситься в два шари покриття з цинку, яке отримало назву кріплений цинковий край. За рахунок цього досягається щільніший контакт між висновками конденсатора і конденсаторною секцією.
Захист від надлишкового тискуДля забезпечення захисту внутрішніх елементів конденсатора у більшості виробників застосовується вбудований роз'єднувач, який спрацьовує при виникненні надлишкового тиску. Призначенням пристрою є переривання струму короткого замикання при досягненні конденсатором закінчення терміну служби та його нездатності до подальшого відновлення. Цей пристрій розриває електричний ланцюг конденсатора, використовуючи внутрішній тиск, що виникає під час руйнування плівки від перегріву, спричиненого струмом короткого замикання.
Так як напруга безпосередньо впливає на реактивну потужність конденсатора, компанії пропонують лінійки конденсаторів з різними номінальними напругами Un - 400, 440, 460, 480, 525В.
У мережах 380В, зі стабільними параметрами напруги мережі, рекомендовано застосовувати конденсатори з Un - 400В, у цьому випадку застосування конденсаторів з Un - 440В і вище недоцільно, тому що номінальна потужність суттєво зменшується (приблизні поправочні коефіцієнти 230V - 1.74/490V - 490V - 490V - 0.83/525V - 0.76)
Відповідно до стандарту EN-60831.1-2, конденсатори на промисловій частоті повинні витримувати напругу величиною l,10*Un (1.10*400 = 440В) протягом щонайменше 8 годин на добу. У випадках коли підвищена напруга мережі зберігається більше 8 годин, необхідно застосовувати конденсатори з Un - 440В. Застосування цього типу конденсатора гарантує надійну роботу в мережі з підвищеною напругою та збільшення терміну служби конденсатора.
Після від'єднання конденсатора від мережі на його висновках ще є залишкова напруга, яка становить небезпеку для обслуговуючого персоналу. Для його усунення всі трифазні конденсатори мають розрядні опори, які знижують рівень напруги до рівня менше ніж 75В за 3 хвилини.
Для забезпечення надійного природного охолодження відстань між конденсаторними батареями повинна бути: 2,5 - 25 kVAr не менше 25мм. 30 – 50 kVAr не менше 50мм.
Запобіжники сходять до складу будь-якої установки компенсації реактивної потужності (нерегульованої або автоматичної) та використовуються для захисту від коротких замикань. Найбільш застосовувані запобіжники мають формат NH.
Трифазні дроселі призначені для роботи в складі конденсаторних установок, включаються послідовно з конденсаторами і використовуються як захисний пристрій від впливу вищих гармонік на мережу споживача і на конденсатор. При підвищенні частоти напруги до конденсатора його опір знижується, тому застосовуються дроселі, які разом з конденсатором утворюють контур, відбудований від частоти гармоніки і пригнічує її. Частота резонансу такого контуру має
бути нижчою за частоту найнижчих гармонік, присутніх в електромережі. За наявності гармонік із частотами вище, ніж частота контуру, утвореного конденсатором та дроселем, резонанс не виникає.
Стандартні значення коефіцієнта відбудови становлять 5,67%, 7% та 14% при резонансних частотах 210,189 та 134 Гц у мережах з номінальною частотою 50Гц. При таких стандартних значеннях величин у трифазній мережі та симетричному навантаженні стає можливим усунути 5 (250Гц) і гармоніки вищих порядків. Це дозволяє уникнути резонансу між індуктивним опором та трифазними конденсаторами, включеними для коригування коефіцієнта потужності, та запобігання перевантаженню конденсаторних батарей.
Часто дроселі обладнані біметалічним тепловим реле, яке вбудоване в центральну обмотку та має висновки на окремі клеми. Датчик реле спрацьовує за температури вище 90°С.
Всі види конденсаторних установок для компенсації реактивної потужності необхідні для стабілізації роботи електричних мереж та зниження можливих енерговтрат. До складу цього обладнання входять батареї статичних конденсаторів (БСК). Кожна БСК складається з паралельно-послідовно з'єднаних у формі зірки чи трикутника косинусних конденсаторів. Батарея оснащена струмообмежувальними реакторами, які необхідні регулювання струму при включенні. Для захисту використовується головний вимикач чи трансформатор напруги.
Завдяки цьому процесу, можна суттєво зменшити навантаження на:
За рахунок зменшення спотворення форми опору підвищуються якість електроенергії у кінцевого користувача та термін служби всього обладнання. Але звідки беруться перешкоди у подачі струму, і виникає потреба у компенсації?
У всіх великих електричних мережах виникають два види опорів:
Загальна потужність формується з урахуванням цих двох навантажень. Докладніше ця залежність показана на малюнку нижче.
Коли напруга стає негативною, а струм - позитивним і навпаки, відбувається зміщення струму по фазі. У цей момент потужність надходить у зворотному напрямку у бік генератора, хоча має йти на навантаження. При цьому електрична енергія коливається від навантаження до генератора і назад замість того, щоб переходити по мережі. Потужність, що виникає під час цього процесу, називається реактивною. Така потужність генерує магнітне поле, що також дає додаткове навантаження на силові поля.
Щоб встановити повну потужність мережі, необхідно визначити обидві складові: і активну, і реактивну. Значення обчислюється, виходячи з фактора, або коефіцієнта потужності, яким є cosφ - косинус кута, що виникає між кривими активної та реактивної складових.
Активна потужність використовується для перетворення на теплову, механічну та інші корисні види енергії. Реактивна не підходить для використання з цією метою, але без неї неможлива робота трансформаторів, генераторів та іншого обладнання, функціонування якого засноване на властивостях електромагнітного поля. Організації, що займаються електропостачанням, ведуть постачання лише активного навантаження, тому що постачання реактивного опору:
Найзручніше генерувати реактивну частину безпосередньо у споживача, інакше користувачеві доведеться платити за постачання електрики двічі. Перший раз – за постачання активної, а вдруге – реактивної частини. Крім того, при такому подвійному постачанні буде потрібне додаткове обладнання. Щоб уникнути такої ситуації, використовуються конденсаторні установки компенсації реактивної потужності.
Важливо!Встановлення компенсації реактивної потужності (КРМ) не просто заощаджує енергію. На промислових підприємствах Росії потенціал енергозбереження становить лише 13-15% загального споживання.
Рівень споживаної електроенергії на підприємстві постійно змінюється, тобто cos може рости або знижуватися. Таким чином, що більший коефіцієнт потужності, то вище активна складова і навпаки. Для регулювання цього процесу потрібні конденсаторні установки, здатні компенсувати реактивну складову.
Конденсатори, на основі яких побудовано цю компенсаційну апаратуру, утримують значення напруги на заданому рівні. Струм у конденсаторах на противагу індуктивності працює на випередження. Таким чином, конденсатори виступають у ролі фазозсувного обладнання.
Всі конденсаторні установки компенсації реактивної потужності поділяються на регульовані і нерегульовані. Головний недолік останніх полягає в тому, що при суттєвій зміні навантаження та коефіцієнта потужності можлива перекомпенсація. Якщо в ланцюзі є ймовірність суттєвого зростання cosφ, використовувати нерегульоване КРМ не рекомендується.
Пристрої, що регулюються, здатні працювати в динамічному режимі, проводити моніторинг і відстежувати показання для подальшого аналізу. Контролер, що входить до складу цього обладнання, прямо на місці відстежує та розраховує відразу кілька показників:
Якщо отримане значення відрізняється від еталона, регулятор підключає або відключає певні конденсатори, що входять до компенсаторної установки. Використання цього обладнання дозволяє повністю контролювати рівень подачі електроенергії на підприємствах з великою кількістю різних за призначенням приладів. Особливо це важливо, якщо точно відстежити, як змінюється реактивна складова мережі, досить складно. Загальний принцип компенсування дозволяє не встановлювати кожного приладу з реактивної складової окремого обладнання.
Незважаючи на те, що найзручніше компенсувати реактивну складову безпосередньо у споживача, для поліпшення якості електроенергії, що поставляється, перші установки використовуються ще на підстанціях. Це дає можливість розвантажити мережу та вже заощадити від 10 до 20% енергії. Тому на підстанціях 0,4 кВ проводиться перемикання користувачів з перевантажених фаз на недовантажені.
У непромислових абонентів якісно вирівняти фази, використовуючи лише одну конденсаторну установку практично неможливо. Особливо це стосується житлових будинків із однофазним навантаженням. Тут компенсацію проводять на кожній фазі та додатково використовують фільтри, ємність яких можна змінювати в автоматичному режимі.
Номінальна напруга конденсаторних установок може бути різною. Високовольтне обладнання 6, 10, 35кВ використовують на підстанціях. Низьковольтні пристрої 0,4-0,66 кв застосовують безпосередньо на навантаженнях. За рахунок високої швидкодії низьковольтні прилади можуть стабілізувати не тільки постійну, а й стрибкоподібну реактивну потужність.
Загалом компенсація реактивної потужності складається з 2 етапів:
Раніше проблеми енергозбереження у невеликих споживачів практично не бралися до уваги. Вважалося, що реактивна складова впливає тільки роботу великих підприємств, де використовуються індукційні печі, асинхронні двигуни, понижуючі трансформатори та інші прилади.
Але останнім часом кількість використовуваного перетворювального та стабілізуючого обладнання у соціально-побутовому середовищі значно збільшилася. Напівпровідникові перетворювачі погіршують форму кривої струму, цим негативно впливають функціонування інших приладів. Але поки що пристрої КРМ для приватних комунально-побутових споживачів майже не застосовуються.
