УКРМ — установка компенсации реактивной мощности. Компенсация реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности

В электрических цепях переменного тока присутствуют два вида мощности – активная и реактивная. Активная мощность является полезной и расходуется непосредственно на совершение полезной работы. Реактивная мощность чаще имеет отрицательное воздействие, в связи с чем, требуется компенсация реактивной мощности. 

Реактивная мощность

Реактивная мощность возникает при наличии реактивных элементов в цепи, таких как катушка или конденсатор. При этом часть энергии полученной от источника возвращается обратно к нему.

При наличии в цепи и катушки и конденсатора, суммарная реактивная мощность оказывается меньше, чем в цепях, в которых эти элементы расположены по отдельности. Это связано с тем, что индуктивная QL и емкостная QC  мощности имеют разные знаки. При равенстве этих мощностей наблюдается явление резонанса, при котором реактивная мощность равна нулю. В этом случае энергия не поступает к источнику, а циркулирует между катушкой и конденсатором.

Реактивная мощность в промышленных установках

В промышленности большая часть оборудования обладает индуктивностью, а следовательно и реактивной мощностью. Примером таких установок может служить трансформаторы, двигатели, индукционные нагревательные установки и т.д. Чем больше величина реактивной мощности, тем меньше коэффициент мощности cosϕ, который определяется как отношение активной мощности к полной. Чем больше число установок, тем больше их суммарная реактивная мощность, следовательно, потери связанные с реактивной мощностью больше.

Реактивная мощность также влияет на токи в цепи. На примере асинхронного двигателя ток определяется как 

При увеличении реактивной мощности (Q) ток также будет увеличиваться, что приводит к необходимости выбора проводов большего сечения, а следовательно к лишним затратам. Кроме того, увеличение тока приводит к увеличению тепловых потерь, а следовательно к дополнительному нагреву двигателя.

Компенсация реактивной мощности

Как было сказано ранее, большие значения реактивной мощности приводят к значительным экономическим и трудовым затратам. Поэтому, на практике стараются максимально уменьшить её значение.

Уменьшение реактивной мощности может достигаться несколькими способами. Самым эффективным считается правильный подбор мощности двигателей и трансформаторов и нахождение эффективного режима нагрузки, без холостого хода и недогрузки. Такой способ не требует дополнительных материальных затрат, но им не всегда получается достигнуть оптимальных значений и прибегают к искусственным способам компенсации реактивной мощности.

Одним из таких способов является включение батареи конденсаторов параллельно к приемнику.

С помощью использования батареи конденсаторов можно добиться полной компенсации реактивной мощности. Но на практике затраты на дополнительное оборудование могут значительно превысить затраты на реактивную мощность, из-за дороговизны конденсаторов. Поэтому чаще всего, добиваются лишь частичной компенсации реактивной мощности.

Компенсацию реактивной мощности рассмотрим на примере асинхронного двигателя.

  

До включения батареи конденсаторов параллельно двигателю, значение реактивной мощности было равно Q1, а ток в питающих проводах двигателя был равен I1. При включении батареи, это значение снизилось до Q2, так как часть индуктивной мощности была скомпенсирована емкостной.

 

Ток значительно уменьшается до величины I2, благодаря появлению тока Ic, который можно рассчитать по формуле

Емкость батареи 

Мощность батареи 

Таким образом, компенсация реактивной мощности играет важную роль с точки зрения сокращения расходов предприятия. 

Просмотров: 95

www.electroandi.ru

Компенсация реактивной мощности в теории

Компенсация реактивной мощности (КРМ). Появление термина «реактивная» мощность связано с необходимостью выделения мощности, потребляемой нагрузкой, составляющей, которая формирует электромагнитные поля и обеспечивает вращающий момент двигателя. Эта составляющая имеет место при индуктивном характере нагрузки. Например, при подключении электродвигателей. Практически вся бытовая нагрузка, не говоря о промышленном производстве, в той или иной степени имеет индуктивный характер. В электрических цепях, когда нагрузка имеет активный (резистивный) характер, протекающий ток синфазен (не опережает и не запаздывает) от напряжения. Если нагрузка имеет индуктивный характер(двигатели, трансформаторы на холостом ходу), ток отстает от напряжения. Когда нагрузка имеет емкостной характер(конденсаторы), ток опережает напряжение.

Суммарный ток, потребляемый двигателем, определяется векторной суммой

1. Iа— активный ток2. Iри— реактивный ток индуктивного характера

К этим токам привязаны мощности потребляемые двигателем.

1. Р– активная мощность привязана к Iа(по всем гармоникам суммарно)
2. Q– реактивная мощность привязана к Iри(по всем гармоникам суммарно)
3. A– полная мощность потребляемая двигателем. (по всем гармоникам суммарно)

Реактивная мощность не производит механической работы, хотя она и необходима для работы двигателя, поэтому ее необходимо получать на месте, чтобы не потреблять ее от энергоснабжающей организации. Тем самым мы снижаем нагрузку на провода и кабели, повышаем напряжение на клеммах двигателя, снижаем платежи за реактивную мощность, имеем возможность подключить дополнительные станки за счет снижения тока потребляемого с силового трансформатора.

Параметр определяющий потребление реактивной мощности называется Cos (φ)

Cos (φ) = P1гарм/ A1гарм

P1гарм— активная мощность первой гармоники 50 ГцА1гарм— полная мощность первой гармоники 50 Гцгде,

A = √P² + Q²

Таким образом, сos (φ) уменьшается, когда потребление реактивной мощности нагрузкой увеличивается. Необходимо стремиться к повышению сos (φ), т.к. низкий сos (φ) несет следующие проблемы:

1. Высокие потери мощности в электрических линиях (протекание тока реактивной мощности)
2. Высокие перепады напряжения в электрических линиях(например 330…370 В, вместо 380 В)
3. Необходимость увеличения габаритной мощности генераторов, сечения кабелей, мощности силовых трансформаторов.

Из всего вышеприведенного, понятно, что компенсация реактивной мощности необходима. Чего легко можно достичь применением активных компенсирующих установок. Конденсаторы в которых будут компенсировать реактивную мощность двигателей.

Потребители реактивной мощности

Потребителями реактивной мощности, необходимой для создания магнитных полей, являются как отдельные звенья электропередачи(трансформаторы, линии, реакторы), так и такие электроприёмники, преобразующие электроэнергию в другой вид энергии которые по принципу своего действия используют магнитное поле(асинхронные двигатели, индукционные печи и т.п.). До 80-85% всей реактивной мощности, связанной с образованием магнитных полей, потребляют асинхронные двигатели и трансформаторы. Относительно небольшая часть в общем балансе реактивной мощности приходится на долю прочих её потребителей, например на индукционные печи, сварочные трансформаторы, преобразовательные установки, люминесцентное освещение и т.п.

Трансформатор как потребитель реактивной мощности. Трансформатор является одним из основных звеньев в передаче электроэнергии от электростанции до потребителя. В зависимости от расстояния между электростанцией и потребителем и от схемы передачи электроэнергии число ступеней трансформации лежит в пределах от двух до шести. Поэтому установленная трансформаторная мощность обычно в несколько раз превышает суммарную мощность генераторов энергосистемы. Каждый трансформатор сам является потребителем реактивной мощности. Реактивная мощность необходима для создания переменного магнитного потока, при помощи которого энергия из одной обмотки трансформатора передаётся в другую.

Асинхронный двигатель как потребитель реактивной мощности. Асинхронные двигатели наряду с активной мощностью потребляют до 60-65% всей реактивной мощности нагрузок энергосистемы. По принципу действия асинхронный двигатель подобен трансформатору. Как и в трансформаторе, энергия первичной обмотки двигателя– статора передаётся во вторичную– ротор посредствам магнитного поля.

Индукционные печи как потребители реактивной мощности. К крупным электроприемникам, требующим для своего действия большой реактивной мощности, прежде всего, относятся индукционные печи промышленной частоты для плавки металлов. По существу эти печи представляют собой мощные, но не совершенные с точки зрения трансформаторостроения трансформаторы, вторичной обмоткой которых является металл (садка), расплавляемый индуктированными в нём токами.

Преобразовательные установки, преобразующие переменный ток в постоянный при помощи выпрямителей, также относятся к крупным потребителям реактивной мощности. Выпрямительные установки нашли широкое применение в промышленности и на транспорте. Так, установки большей мощности с ртутными преобразователями используются для питания электроизоляционных ванн, например при производстве алюминия, каустической соды и др. Железнодорожный транспорт в нашей стране почти полностью электрифицирован, причём значительная часть железных дорог использует постоянный ток преобразовательных установок.

Компенсация реактивной мощности в электрических сетях

Смотрите также: Конденсаторные установки для компенсации реактивной мощности (КРМ)

С другой стороны, элементы распределительной сети(линии электропередачи, повышающие и понижающие трансформаторы) в силу особенностей конструктивного исполнения имеют продольное индуктивное сопротивление. Поэтому, даже для нагрузки потребляющей только активную мощность, в начале распределительной сети будет иметь место индуктивная составляющая– реактивная мощность. Величина этой реактивной мощности зависит от индуктивного сопротивления распределительной сети и полностью расходуется на потери в элементах этой распределительной сети. Действительно, для простейшей схемы:

Р– активная мощность в центре питания, Рн– активная мощность на шинах потребителя, R – активное сопротивление распределительной сети, Q – реактивная мощность в центре питания, Qн– реактивная мощность на шинах потребителя. U – напряжение в центре питания, Uн– напряжение на шинах потребителя, Х– индуктивное сопротивление распределительной сети.

В результате, независимо от характера нагрузки, по распределительной сети от источника питания будет передаваться реактивная мощностьQ. При двигательном характере нагрузки ситуация ухудшается– значения мощности в центре питания увеличивается и становится равными:

Р= Рн + ( Рн² + Qн² ) * R / Uн²;Q = Qн + ( Рн² + Qн² ) * X / Uн².

Передаваемая от источника питания к потребителю реактивная мощность имеет следующие недостатки:

В распределительной сети возникают дополнительные потери активной мощности – потери при транспорте электрической энергии: ∆Р= ( Рн² + Qн² ) * R , часть которых(а иногда и значительную) составляют потери от транспорта реактивной мощности.

Величина напряжения у потребителя, а, следовательно, и качество электрической энергии, снижается: Uн= U – ( P * R + Q * X ) / U.

Увеличивается загрузка распределительной сети током, что лишает потребителя возможности перспективного развития.

Таким образом, транспортировка реактивной мощности по распределительным сетям от центров питания к потребителям превращается в сложную технико-экономическую проблему, затрагивающую как вопросы экономичности так и вопросы надежности систем электроснабжения.

Классическим решением данной проблемы в распределительных сетях является компенсация реактивной мощности у потребителя путём установки у него дополнительных источников реактивной мощности– потребительских статических конденсаторов.

Тэги: реактивная мощность, компенсация реактивной мощности, КРМ

kvar.su

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 электроустановкиПоказания (tg(ф1) -tg(ф2)) находятся по данным cos(ф1) и cos(ф2)Значение cos(ф1) коэффициента мощности до установки УКРМЗначение 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.

enargys.ru

Компенсация реактивной мощности на производстве

В странах с хорошо развитой промышленностью от 60% до 70% электрической энергии потребляют промышленные предприятия. На промышленных предприятиях для приведения различных механизмов в движение используются электропривода. Там где не нужно высокой степени точности регулирования механизма, чаще всего, применяться привода переменного напряжения (асинхронные, синхронные). Известно, что двигатели переменного напряжения — основные потребители реактивной энергии.

Так как в отличии от частных потребителей, промышленные предприятия оборудуются еще и счетчиками реактивной энергии, поэтому ее компенсация является приоритетной задачей. Также если реактивная составляющая скомпенсирована, результирующий ток сети будет меньше, что позволит сэкономить на сечении кабелей для подключения нагрузки.

Разница между активной и реактивной составляющей регламентируется коэффициентом мощности cosφ. Определяется формулой cosφ=P/S, где P – активная, а S полная мощность.

Рассмотрим основные способы компенсации реактивной мощности:

1. Конденсаторные установки – наиболее простой и дешевый способ. Суть состоит в том, что секции конденсаторов подключаются к сети через автоматический выключатель в зависимости от надобности. Конденсаторные установки

   Конденсаторные батареи могут иметь множество различных схем подключения. На рис. 1 приведены лишь единичные примеры.

2. Фильтро-компенсирующие устройства (ФКУ) — представляет собой (L-C) фильтр, настроенный на определенные гармоники сети. Это позволяет не только компенсировать реактивную составляющую, но и улучшить гармонический состав сети.

   Схема фильтрокомпенсирующего устройства

3. Фильтро-компенсирующие устройства (ФКУ) с декомпенсатором реактивной мощности или статический компенсатор – представляет собой тот же (L-C) фильтр, но с декомпенсатором, т.е. при изменении составляющей сети нет необходимости каждый раз подключать и отключать фильтр. ФКУ и декомпенсатор равны по мощности. Один из самых удобных способов компенсации, но и один из самых дорогих. Как правило полностью автоматизирован.

   Статический компенсатор или декомпенсатор реактивной мощности

4. Синхронный компенсатор – представляет собой облегченный синхронный двигатель который не выполняет механической работы. В перевозбужденном режиме cosφ>1, в недовозбужденном режиме cosφ<1. То есть он автоматически регулирует cosφ. Из-за стоимости и высоких расходов на обслуживание практически нигде не внедряется, а на многих подстанциях заменяется на более дешевое и современное оборудование. С помощью возбудителя регулируется величина потребляемой или отдаваемой реактивной мощности.

   Синхронный компенсатор

Вывод: существует несколько способов компенсации реактивной мощности на предприятии. Для выбора какого-то из устройств следует более детально изучить график нагрузки предприятия, работу преобразовательных устройств (наличие высших гармоник), а также схему электроснабжения предприятия (где целесообразней разместить компенсатор). Каждый из четырех приведенных вариантов существенно разнятся в цене. Поэтому при выборе устройства следует учесть все факторы и сделать правильный выбор.

elenergi.ru

Компенсация реактивных мощностей

Параметры режимов электрических систем

Режим работы электрической системы характеризуется значениями показателей ее состояния, называемых параметрами режимов. Все процессы в электрических системах можно охарактеризовать тремя параметрами: напряжением, током и активной мощностью. Но для удобства расчетов режимов применяются и другие параметры, в частности, реактивная и полная мощность. Произведение показаний вольтметра и амперметра в цепи переменного тока называется полной мощностью. Для трехфазной цепи она выражается формулой:(1)гдеI — ток в одной фазе;U — линейное напряжение.Активная мощность трехфазного переменного тока определяется по формуле:(2)Множитель cosφ называется коэффициентом мощности. Угол ф указывает сдвиг по фазе тока и напряжения.На основании этих выражений полная мощность S представляется гипотенузой прямоугольного треугольника, один катет которого представляет активную мощность Р = S cosφ, а другой — реактивную Q = S sinφ.Реактивная мощность находится также из выражения:(3)гдеtgφ — коэффициент реактивной мощности.Следует помнить об условности толкования Q как мощности. Только активная мощность и энергия могут совершать работу и преобразовываться в механическую, тепловую, световую и химическую энергию. Активная мощность обусловлена преобразованием энергии первичного двигателя, полученной от природного источника, в электроэнергию. Реактивная мощность не преобразуется в другие виды мощности, не совершает работу, и поэтому называется мощностью условно. Реактивная мощность идет на создание магнитного и электрических полей. Для анализа режимов в цепях синусоидального тока реактивная мощность является очень удобной характеристикой, широко используемой на практике.Особенностью производства и потребления электроэнергии является равенство выработанной и израсходованной в единицу времени электроэнергии (мощности). Следовательно, в электрической системе должно выполняться равенство (баланс) для активных мощностей: (4)гдеРг — суммарная активная мощность, отдаваемая в сеть генераторами электростанций, входящих в систему;РПОтр — суммарная совмещенная активная нагрузка потребителей системы;АРпер — суммарные потери активной мощности во всех элементах передачи электроэнергии (линиях, трансформаторах) по электрическим сетям;Рсн — суммарная активная нагрузка собственных нужд всех электростанций системы при наибольшей нагрузке потребителя.Основная доля выработанной мощности идет на покрытие нагрузки потребителей. Суммарные потери на передачу зависят от протяженности линий электрических сетей, их сечений и числа трансформаций и находятся в пределах 5...15% от суммарной нагрузки. Нагрузка собственных нужд электростанций зависит от их типа, рода топлива и типа оборудования; она составляет для тепловых электростанций

1. .12%, для гидростанций — 0,5... 1 % от мощности электростанции.

Равенство (4) позволяет определить рабочую активную мощность системы. Располагаемая мощность генераторов Рг.расп системы несколько больше, чем рабочая мощность в режиме максимальных нагрузок Pr.max; требуется учитывать необходимость резервирования при аварийных и плановых (ремонтных) отключениях части основного оборудования электроэнергетической системы: (5)гдеРг рез — мощность резерва системы, который должен быть не меньше 10% ее рабочей мощности.При нарушении баланса активных мощностей, например, если (6)происходит снижение частоты в системе.

Баланс реактивных мощностей

В электрической системе суммарная генерируемая реактивная мощность должна быть равна потреб- мощности, источниками которой являются только генераторы электростанций, реактивная мощность генерируется как ими, так и другими источниками, к которым относятся воздушные и кабельные линии разных напряжений (Эл, а также установленные в сетях источники реактивной мощности (ИРМ) (компенсирующие устройства — КУ) мощностью QПоэтому баланс реактивной мощности в электрической системе представляется уравнением: (7)Следует отметить, что уравнение баланса реактивных мощностей связано с уравнением баланса активных мощностей, так как: (8)Генерация реактивной мощности на электростанциях зависит от числа и активной мощности работающих агрегатов, а потребление реактивной мощности — от состава электроприемников. При номинальном коэффициенте мощности генераторов cosφr= 0,85 коэффициент реактивной мощности tgφr = 0,6. Для потребителей коэффициент реактивной мощности tgφn0Tp = 0,3.Потери реактивной мощности на передачу в основном определяются потерями реактивной мощности в трансформаторах, при трех-четырех трансформациях суммарные потери мощности в трансформаторах могут достигать 40% от передаваемой полной мощности.В линиях напряжением 110 кВ и выше генерация реактивной мощности (зарядная мощность) компенсирует реактивные потери в линиях и может превысить их.Таким образом, при выборе активной мощности генераторов энергосистемы по условию баланса активных мощностей и при работе генераторов с номинальным коэффициентом мощности генерируемая суммарная реактивная мощность без дополнительно используемых ИРМ может оказаться меньше требуемой по условию баланса реактивных мощностей:(9)В этом случае образуется дефицит реактивной мощности, который приводит к следующему:• большая загрузка реактивной мощностью генераторов электростанций приводит к перегрузке по току генераторов;ности от генераторов по элементам сети приводит к повышенным токовым нагрузкам и, как следствие, к увеличению затрат на сооружение сети, повышенным потерям активной мощности;

1. недостаток реактивной мощности в системе влечет за собой снижение напряжения в узлах электрических сетей и у потребителей.

Для получения баланса реактивных мощностей вблизи основных потребителей реактивной мощности устанавливают дополнительные источники с выдаваемой реактивной мощностью QKy.При избытке реактивной мощности в системе, т.е.при(10)в элементах электрической сети возникают перетоки реактивной мощности, встречные направлению потоков активной мощности, что приводит к повышению напряжений в узлах и увеличению потерь мощности. Данный режим характерен для периода минимальных нагрузок в системе.Отсюда возникает задача оптимизации режима реактивной мощности в системе электроснабжения промышленного предприятия, выбора типа и мощности, а также места установки компенсирующих устройств.В системах электроснабжения городов с коммунально-бытовой нагрузкой компенсирующие устройства обычно не устанавливаются.В качестве средств компенсации реактивной мощности используются статические конденсаторы напряжением до и выше 1 кВ и синхронные двигатели.

Исходные положения по компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения промышленных предприятий

При выборе средств компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения промышленных предприятий необходимо различать две группы промышленных сетей в зависимости от состава их нагрузок:

1. сети общего назначения с режимом прямой последовательности основной частоты 50 Гц;
2. сети со специфическими нелинейными, несимметричными и резкопеременными нагрузками.

В данном разделе рассматриваются вопросы компенсации реактивной мощности в промышленных сетях общего назначения.На начальной стадии проектирования определяются наибольшие суммарные расчетные нагрузкиКУ) коэффициенте реактивной мощности Ррасчпп, QPрасчппНаибольшая суммарная нагрузка предприятия, принимаемая для определения мощности компенсирующих устройств,(11)где1_0 тах — коэффициент, учитывающий несовпадение по времени наибольшей активной нагрузки системы и реактивной мощности промышленного предприятия. Значения для разных отраслей промышленности Lomax= 0,75...0,95.Значения наибольших реактивной и активной нагрузок предприятия сообщаются в энергосистему для определения значения экономически оптимальной реактивной мощности, которая может быть передана предприятию в режимах наибольшей и наименьшей активных нагрузок энергосистемы, соответственно Оэ1 и Оэ2.По реактивной мощности Оэ1 определяется суммарная мощность компенсирующих устройств предприятия, а в соответствии с заданным значением Оэ2 — регулируемая часть компенсирующих устройств.Суммарная мощность компенсирующих устройств:(12)В период минимальных активных нагрузок системы входная реактивная мощность предприятия должна быть равна Оэ2, для чего требуется отключение части установленной на предприятии мощности КУ.

Основные потребители реактивной мощности на промышленных предприятиях

Рассмотрим основные виды электроприемников различного технологического назначения, электропотребителей разных отраслей промышленности, характер их нагрузок и особенности режимов работы.Электродвигатели применяются в приводах различных производственных механизмов на всех промышленных предприятиях. Электропривод представляет собой комплекс электрических машин, аппаратов и систем управления, в котором электродвигатели конструктивно связаны с исполнительным механизмом и преобразуют электрическую энергию в механическую работу. В установках, не требующих регулирования скорости в процессе работы, применяются исключительно электроприводы переменного тока (асинхронные и синхронные двигатели).го тока — основной вид электроприемников в промышленности, на долю которого приходится около 2/3 суммарной мощности. Доля электропотребления асинхронными двигателями напряжением 0,38 кВ составляет 52% в машиностроении.Электротермия, электросварка, электролиз и прочие потребители составляют около 1/3 суммарной промышленной нагрузки.Электротермические приемники в соответствии с методами нагрева делятся на следующие группы: дуговые электропечи для плавки черных и цветных металлов, установки индукционного нагрева, для плавки и термообработки металлов и сплавов, электрические печи сопротивления, электросварочные установки, термические коммунально-бытовые приборы.Наибольшее распространение в цеховых электрических сетях напряжением 0,38 кВ имеют печи сопротивления и установки индукционного нагрева. Печи сопротивления прямого и косвенного действия имеют мощность до 2000 кВт и подключаются к сети напряжением: 0,38 кВ, коэффициент мощности близок к 1,0.Индукционные плавильные печи промышленной и повышенной частоты представляют собой трехфазную электрическую нагрузку «спокойного» режима работы. Печи повышенной частоты питаются от вентильных преобразователей частоты, к которым подводится переменный ток напряжением 0,4 кВ. Индукционные печи имеют низкий коэффициент мощности: от 0,1 до 0,5.Электросварочные установки переменного тока дуговой и контактной сварки представляют собой однофазную неравномерную и несинусоидальную нагрузку с низким коэффициентом мощности: 0,3 — для дуговой сварки и 0,7 — для контактной.  Электрохимические и электролизные установки работают на постоянном токе, который получают от преобразовательных подстанций, выпрямляющих трехфазный переменный ток. Коэффициент мощности установок — 0,8.. .0,9.Установки электрического освещения с лампами накаливания, люминесцентными, дуговыми, ртутными, натриевыми, ксеноновыми лампами применяются на всех предприятиях для внутреннего и наружного освещения. В производственных цехах в настоящее время применяются преимущественно дуговые ртутные лампы высокого давления типов ДРЛ и ДРИ 220 В.Аварийное освещение, составляющее 10% общего, выполняется лампами накаливания. Лишь лампы накаливания имеют коэффициент мощности 1,0.

Потребление реактивной мощности асинхронными двигателями

В настоящее время наиболее распространенное выражение реактивной нагрузки асинхронного двигателя (АД) имеет вид:(13)гдеqH0M — номинальная реактивная мощность АД, которая может быть определена по паспортным данным двигателя. (14)После некоторых преобразований получим выражение полной реактивной нагрузки:(15)гдеРи„„. — номинальная полезная активная мощность на валу, указываемая на заводском щитке;1Н0М — номинальное фазное значение тока статора;lx х — ток холостого хода электродвигателя; т|ном — коэффициент полезного действия;К3 = р/рном — коэффициент загрузки АД по активной мощности;tgφnoM — коэффициент реактивной мощности, соответствующий номинальному коэффициенту мощности cosφHOM, указанному на щитке.Для удобства расчетов преобразуем формулу

1. в следующую:

(16)где(17)Здесь UH0M — номинальное напряжение двигателя, 1х х — относительный ток холостого хода АД.На рис. 1 и 2 приведены зависимости коэффициентов а1 и Р1 от активной номинальной мощности Рно„ при числе пар полюсов п = 1, 2, 3, 4 для короткозамкнутых АД серии 4А.

сит от К3 АД и определяется следующим выражением: Рис. 1. Г рафик зависимостей коэффициента а1 от активной номинальной мощности АДtgφ = аКз + р/К3,                           (18)На рис. 3 представлены графики зависимостей tgφAfl = /(К3) для АД различных групп мощностей.

7. Источники реактивной мощности (компенсирующие устройства)

На промышленных предприятиях применяют следующие компенсирующие устройства: Рис. 2. График зависимостей коэффициента от активной номинальной мощности и числа пар полюсов п АД

1. для компенсации реактивной мощности — синхронные двигатели и параллельно включаемые батареи силовых конденсаторов;
2. для компенсации реактивных параметров передачи — батареи силовых конденсаторов последовательного включения.

 Рис. 3. График зависимостей коэффициента реактивной мощности от коэффициента загрузки для АД различных групп мощностейСинхронные двигатели как источник реактивной мощности. Основное назначение синхронных двигателей — выполнение механической работы, следовательно, он является потребителем активной мощности. При перевозбуждении СД его Э. Д. С. больше напряжения сети, в результате вектор тока статора опережает вектор напряжения, т.е. имеет емкостной характер, а СД выдают реактивную мощность. При не до возбужден ии СД является потребителем реактивной мощности. При некотором режиме возбуждения СД его коэффициент мощности равен единице. Изменение тока возбуждения позволяет плавно регулировать генерируемую СД реактивную мощность. Затраты на генерацию двигателями реактивной мощности определяются в основном стоимостью связанных с этим потерь активной мощности в самом двигателе. Потери активной мощности в СД зависят от генерируемой ими реактивной мощности, причем, чем меньше номинальная мощность СД и его частота вращения, тем больше эти потери. Для быстроходных СД удельный расход активной мощности составляет около 10 Вт/квар; для СД с частотой вращения 300... 500 об/мин — около 20... 30 Вт/квар; для СД с частотой вращения 50... 100 об/мин — около 60.. .85 Вт/квар. Следовательно, маломощные двигатели с малой частотой вращения неэкономичны в качестве ИРМ. В качестве ИРМ обычно используют СД на номинальное напряжение 6 или 10 кВ, недогруженные по активной мощности.Значения реактивной мощности, которую можно получить от СД, зависят от его загрузки активной мощностью и относительного напряжения на зажимах двигателя;Силовые конденсаторы. Силовые конденсаторы — специальные однофазные или трехфазные емкости, предназначенные для выработки реактивной мощности.

 Рис. 4. Схемы присоединения конденсаторных батарей:а) через выключатель на напряжении 6...10 кВ;б) через рубильник и предохранитель на напряжении до 1 кВМощность конденсаторов в одном элементе составляет 5... 100 квар, номинальное напряжение — от 220 В до 10 кВ. Реактивная мощность, вырабатываемая конденсатором:(19)гдеU — напряжение на зажимах конденсатора;ш — угловая частота переменного тока;Ск — емкость конденсатора, которая определяется, в основном, площадью обкладок.В установках с большей мощностью и на большее напряжение применяют батареи конденсаторов с параллельным и последовательно-параллельным включением элементов. Увеличение номинального напряжения конденсаторной батареи достигается последовательным включением элементов, а для увеличения мощности применяют параллельное соединение элементов.Обычно конденсаторы включаются в сеть по схеме треугольника (рис. 4). При отключении конденсаторов необходимо, чтобы запасенная в них энергия разряжалась автоматически на постоянный трансформатор напряжения).Конденсаторы по сравнению с СД обладают следующими преимуществами: простотой эксплуатации вследствие отсутствия вращающихся частей; простотой монтажных работ вследствие малой массы; малыми потерями активной мощности на выработку реактивной (2,5...5 Вт/квар).К недостаткам конденсаторов относят зависимость генерируемой реактивной мощности от напряжения, недостаточную стойкость к токам КЗ и перенапряжениям, чувствительность к искажениям формы кривой подводимого напряжения, невозможность плавного изменения мощности конденсаторной установки.

Размещение компенсирующих устройств в системах электроснабжения промышленных предприятий

После определения суммарной мощности компенсирующих устройств Оку, требуемых к установке в системе электроснабжения промышленного предприятия по условиям питающей энергосистемы, необходимо решить задачу размещения и выбора типа КУ в сетях промышленного предприятия.Суммарная мощность КУ обеспечивается возможным использованием располагаемой реактивной мощности синхронных двигателей Осд и установкой в сетях батарей конденсаторов напряжением до и выше 1 кВ, т.е. соответственно QBH и Обв:(20)Реактивная мощность £NtQt, передаваемая со стороны высокого напряжения через цеховые трансформаторы (6...10/0,4...0,6 кВ) по условию баланса мощностей на шинах напряжением до 1 кВ трансформаторов, выражается формулой:(21)Величина £NtQt определяется номинальной мощностью цеховых трансформаторов SH0M т при их числе NT, коэффициенте загрузки трансформатора Кзт и расчетной активной нагрузки до 1 кВ Ppac4vH:(22)при условииНеобходимо определить оптимальное соотношение мощности источников реактивной мощности, устанавливаемых на стороне ниже 1 кВ Обн, и передачипотери на генерацию реактивной мощности источниками напряжением до и выше 1 кВ, потери на £NtQt от сети напряжением выше 1 кВ в сеть напряжением ниже 1 кВ и, главное, увеличение мощности цеховых трансформаторов при увеличении £NtQt.Реактивная мощность QT, протекающая через один трансформатор цеховой ТП, определяется по условию минимума потерь активной мощности без учета активных сопротивлений кабельных линий сети напряжением 10 кВ для группы из NT трансформаторов с одинаковой номинальной мощностью:(23)Мощность батареи конденсаторов, устанавливаемых в сети напряжением до 1 кВ, питающейся от конкретного j-ro трансформатора, определяется исходя из величины QT и реактивной нагрузки Qpac4j приемников электроэнергии этой сети: По полученному значению QgHj следует определить стандартное значение мощности конденсаторной установки QKyj.Расчеты показали, что передача реактивной мощности в сеть напряжением до 1 кВ оказывается невыгодной, если это вызывает увеличение числа трансформаторов сверх необходимого числа вследствие большой стоимости комплектных трансформаторных подстанций.Мощность компенсирующих устройств в сети напряжением выше 1 кВ определяется по условию баланса реактивной мощности на шинах вторичного напряжения главной понижающей подстанции. Если в системе электроснабжения имеются высоковольтные СД, которые могут быть использованы как ИРМ, то определяется их располагаемая реактивная мощность, и если их мощность С) недостаточна для соблюдения условий баланса, то определяется мощность батарей конденсаторов высокого напряжения:(25)Если цеховые трансформаторы имеют низкий коэффициент загрузки и коэффициент реактивной мощности нагрузки сетей напряжением до 1 кВ не превышает единицы, то предпочтительнее установка батарей конденсаторов в сети напряжением выше 1 кВ вследствие их более низкой удельной стоимости 1 квар, чем у низковольтных конденсаторов.1 кВ целесообразно устанавливать на вторичном напряжении главной понижающей подстанции или распределительной подстанции, а также на РП в системе электроснабжения предприятия. Не рекомендуется устанавливать конденсаторы напряжением выше 1 кВ на бесшинных цеховых подстанциях, на которых трансформаторы присоединены наглухо или через разъединитель, выключатель нагрузки и предохранитель, так как присоединение конденсаторных установок к этим подстанциям вызовет их усложнение и удорожание.Нерегулируемые конденсаторные установки на напряжение до 1 кВ обычно присоединяются к цеховым распределительным пунктам, магистральным шинопроводам, если этому не препятствует окружающая среда. Место установки регулируемых конденсаторных установок напряжением до 1 кВ выбирается с учетом требований регулирования напряжения или реактивной мощности.Точка присоединения БН одной батареи конденсаторов к магистральному шинопроводу ШМА определяется ориентировочно:(26)гдеL0-6; L0и — длины магистрального шинопровода ШМА от начальной точки «О» до точек присоединения «Б» и «1» — первого распределительного ШРА, м;Ц к — длина распределительной части ШМА от точки «1» до конечной точки магистрального шинопровода «К», м;Отах — максимальная реактивная нагрузка ветви «0-1» шинопровода ШМА.Окончательно конденсаторы устанавливаются в точке присоединения ШРА, ближайшего к расчетной точке «К» в сторону цеховой трансформаторной подстанции.Не рекомендуется чрезмерное дробление мощности конденсаторных установок в сетях напряжением до и выше 1 кВ, так как это приводит к значительному увеличению удельных затрат на отключающую аппаратуру, измерительные приборы, конструкции и прочее на 1 квар установленной мощности батареи. Единичная мощность БК на напряжении выше 1 кВ принимается не менее 400 квар, если присоединение выполняется с помощью отдельного выключателя. В сетях низшего напряжения не рекомендуется применять БК мощностью менее 30 квар.Если расчетная мощность БК на отдельных участках получается менее указанных значений, то БК на них не устанавливается.

Регулирование мощности компенсирующих устройств

Задание питающей энергосистемой двух значений входной реактивной мощности, которые могут быть переданы предприятию в режимах наибольшей и наименьшей активных нагрузок системы, соответственно Qs1 и Оэ2 (причем Оэ2 = 0 практически во всех случаях), предопределяет необходимость регулирования потребления реактивной мощности предприятием в течение суток.Для регулирования потребления реактивной мощности используется автоматическое регулирование возбуждения синхронных машин и регулирование батарей конденсаторов.Регулирование конденсаторами реактивной мощности может вестись только ступенями путем деления батарей на части. Чем больше число таких ступеней, тем совершеннее регулирование, но тем больше затраты на установку переключателей и защитной аппаратуры. Обычно мощность батарей конденсаторов разделяется на две ступени:

1. базовую QK 6аз, равную реактивной нагрузке предприятия в часы минимума активных нагрузок энергосистемы, включенную постоянно;
2. регулируемую QK per = QKy — QK 6аз, включаемую в часы максимальных активных нагрузок энергосистемы.

Ступенчатое регулирование батарей конденсаторов может производиться как вручную, так и автоматически. Автоматическое регулирование конденсаторных батарей может производиться в функции:

1. напряжения;
2. тока нагрузки;
3. направления реактивной мощности относительно направления активной мощности;
4. по времени суток.

 Рис. 5. Схема влияния установки компенсирующих устройств на параметры режимов электрической сети

Поэтому на напряжении до 1 кВ для коммутации БК обычно применяют контакторы, на напряжении выше 1 кВ — воздушные, элегазовые или вакуумные выключатели. Для устранения переходных процессов при коммутации БК вместо выключателей можно использовать тиристорные ключи, которые позволяют включать конденсаторы в тот момент, когда мгновенное напряжение на конденсаторах равно напряжению сети, и отключать их, когда мгновенное значение тока в конденсаторах равно нулю.

Установка компенсирующих устройств влияет на параметры режимов электрической сети, изменяя токи в ветвях и напряжения в узлах.Рассмотрим влияние компенсации реактивной мощности на примере одной ветви схемы (рис. 5).Уменьшение полных мощностей и токов. При наличии в конце ветви КУ мощностью QK полная мощность, протекающая в ветви при номинальном напряжении UH0M:(27)гдеtgφ — коэффициент реактивной мощности нагрузки;Cq — степень компенсации реактивной мощности, равная отношению реактивной мощности КУ при номинальном напряжении к реактивной нагрузке электропотребителя ЭП Qn ном при номинальном напряжении:(28)Поскольку площади сечений линий и мощности трансформаторов выбирают по полной мощности (или току), ее уменьшение при Cq < 1 позволяет в ряде случаев применять оборудование меньших номиналов, т.е. снизить капитальные затраты, если же сеть уже эксплуатируется, то компенсация реактивной мощности позволяет повысить ее пропускную способность по активной мощности и, следовательно, при увеличении нагрузки потребителя не менять электрооборудование.При полной компенсации реактивной нагрузки, т.е. при Cq= 1, мощность ветви имеет минимальное значение: когда Cq > Qn ном, полная мощность становится больше минимальной Sc=1.Снижение нагрузочных потерь мощности. Для каждой ветви с активным R и реактивным X сопротивлением потери полной мощности определяются как:(30)Потери полной мощности в сети при протекании только активной мощности потребителя при номинальном напряжении UH0M, т.е. минимально возможные потери активной мощности при прочих равных условиях:(31)Отношение(32)позволяет проанализировать влияние степени компенсации реактивной мощности Cq при разных значениях коэффициента реактивной мощности нагрузки tgφ на нагрузочные потери мощности. Отметим, что d0 = I2, если напряжение равно номинальному значению UH0M.На рис. 6 показаны зависимости I2 = AS/ASp при разных значениях коэффициента реактивной мощности tgφ = 0,4; 1; 1,5 и номинальном напряжении U ном, из которых можно сделать вывод об эффективности степени компенсации реактивной мощности.Как видно из этих зависимостей, уровень соотношения I2 в первую очередь определяется степенью компенсации реактивной мощности и коэффициентом реактивной мощности.Например, без компенсации при Cq = 0 и tgφ = 1: I2 = 2, т.е. реальные потери мощности больше минимальных в два раза; а при полной компенсации Cq = 1 и любом значении коэффициента реактивной мощности I2 = 1.Отметим, что при перекомпенсации Cq > 1 и нагрузочные потери мощности становятся больше минимальных ASp.Снижение потерь напряжения. Потери напряжения при номинальном напряжении на потребителе:где£ — отношение реактивных и активных сопротивлений элемента сети: е = X/R. Очевидно, что компенсация реактивной мощности оказывает наибольшее влияние на потери напряжения в элементах с большим значением е, т.е. в элементах с преобладанием реактивного сопротивления, каковыми являются трансформаторы и воздушные линии.

 Рис. 6. Зависимости I2 = AS/ASp = fCq; tg<p при номинальном напряженииНапряжение на приемном конце линии UK равно разности напряжения начала Un и потерь напряжения AUnK, т.е.:(34)Следовательно, при установке КУ напряжение в конце линии повышается. При перекомпенсации (Cq > 1) потери напряжения могут принять отрицательное значение AUnK < О, напряжение в конце линии может стать больше напряжения в начале, т.е. U > U .

Батареи конденсаторов в сетях с резкопеременной и вентильной нагрузкой

Характерными резкопеременными нагрузками являются сварочные нагрузки на машиностроительных предприятиях, дуговые печи, прокатные станы и др. Главные приводы прокатных станов оснащаются регулируемыми вентильными преобразователями.Нагрузки с регулируемыми вентильными преобразователями характеризуются большим потреблением реактивной мощности. Резкопеременный характер потребления реактивной мощности вызывает колебания напряжения в сети.

  а)Рис. 7. Однолинейная схема питающей сети с конденсаторными батареями и фильтрами высших гармоник (а) и схема замещения (б)

Управляемые вентильные преобразователи, кроме того, значительно искажают форму кривой питающего напряжения. Нагрузки дуговых печей ввиду неравномерности потребления тока по фазам могут вызывать значительную несимметрию напряжения.Все изложенное обусловливает принципы компенсации реактивной мощности, существенно отличающиеся от общепринятых в сетях с так называемой спокойной нагрузкой.Особенности компенсации реактивной мощности в сетях с резкопеременной и вентильной нагрузкой заключаются в следующем:

1. ввиду низкого коэффициента мощности потребителей и резкопеременного характера нагрузки необходимо осуществить компенсацию как постоянной и переменной составляющей реактивной мощности. Компенсация постоянной составляющей реактивной мощности необходима для уменьшения потребления реактивной мощности от энергосистемы. Компенсация переменной составляющей реактивной мощности преследует цель уменьшения колебаний напряжения в питающей сети;
2. ввиду быстрых изменений потребляемой реактивной мощности необходимо применение быстродействующих компенсирующих устройств, способных изменять регулируемую реактивную мощность со скоростью, соответствующей скорости наброса и сброса потребляемой реактивной мощности;
3. ограничивается применение батарей конденсаторов для компенсации постоянной составляющей реактивной мощности в сети с резкопеременной вентильной нагрузкой. Это обусловлено наличием в сети высших гармоник тока и напряжения при работе вентильных преобразователей, которые приводят к значительным перегрузкам батарей конденсаторов;
4. при наличии в сети высших гармоник тока и напряжения включение конденсаторов приводит к резонансным явлениям на частотах высших гармоник, что ведет к нарушению нормальной работы БК.

Сущность явлений резонанса удобно рассмотреть на примере простой схемы электроснабжения промышленного предприятия, показанной на рис. 7. На схеме показаны три основных элемента, участвующих в резонансном процессе:

1. питающая сеть, упрощенно представленная в схеме замещения индуктивным Хс и активным Rc сопротивлениями;

 Рис. 8. Однолинейная схема защиты конденсаторной батареи от высших гармоник

1. вентильный преобразователь как источник высших гармоник с сопротивлениями Хпр и Rnp — индуктивно-активная цепь в схеме замещения;
2. батарея конденсаторов С и RK — емкостно-активная цепь в схеме замещения.

При отсутствии емкостных элементов (при отключении БК) частотные характеристики Хс линейны. Включение БК резко изменяет линейный характер частотной характеристики питающей сети, причем нелинейность частотной характеристики в значительной степени зависит от добротности контура, т.е. от соотношения X/R. Нелинейность частотной характеристики питающей сети объясняется тем, что при включении БК образуется параллельный LC-контур, состоящий из индуктивного сопротивления питающей сети и емкостного сопротивления конденсатора. Таким образом, изменяются частотные характеристики систем и возникают условия для возникновения резонанса на частотах, превышающих промышленную частоту 50 Гц. Вентильные преобразователи генерируют в сеть спектр гармоник, начиная с пятой, поэтому в каждом конкретном случае необходим расчет токовой нагрузки БК резонансной группой гармоник (вплоть до 59, 61, 71 гармоник).Батареи конденсаторов, предназначенные для компенсации реактивной мощности в сетях, питающих нелинейную нагрузку, для их нормальной работы необходимо защищать реакторами, устанавливаемыми последовательно с конденсаторами (рис. 8).

www.pomoshelektrikam.ru

Компенсация реактивной мощности | ENARGYS.RU

Постоянное наращивание производственных мощностей введет к преобразованию системы электроснабжения на предприятиях. Традиционно к увеличению мощностей подходят за счет установки дополнительных трансформаторов, прокладки кабельных линий большего сечения и других мероприятий, все это сказывается на энергопотреблении предприятия и отражается на себестоимости выпускаемой продукции. Дополнительная нагрузка линий электропередач происходит за счет реактивного тока, реактивная мощность входит в подсчет стоимости электроэнергии и наряду с активной мощностью, подлежит к оплате.

Для эффективного использования всех задействованных мощностей применяется компенсация реактивной мощности. Она способствует понижению потерь активной энергии за счет снижения потерь полного тока и позволяет нормализовать напряжение в сети. Все эти перечисленные направления с уверенностью причисляют эту технологию к энергосберегающим.

Реальность такова, что за счет применения различных видов оборудования и электроснабжения в сетях электропередачи, нагрузка наряду с активным сопротивлением подразделяется на составляющие индуктивного и емкостного характера. Как правило, большое значение отводится индуктивной нагрузке, которая, расходуется на создание электромагнитных полей в электрооборудовании, то есть фактически носит паразитический характер. Соотношение реактивной мощности к активной и полной мощности, потребляемой из сети электроприемниками, характеризует коэффициент реактивной мощности цепи, он выражает реактивную мощность в долях от активной.

Наиболее существенным способом для понижения реактивной мощности является применение установок компенсации БСК (блок статических конденсаторов) или УКРМ (устройство компенсации реактивной мощности).

Использование подобных установок разрешает:

1. Произвести разгрузку всех звеньев питающей сети: кабельных и воздушных линий электропередач, силовых трансформаторов и распределительных устройств;
2. Понизить уровень высоких гармоник. Даже гарантированное качество поставляемой электроэнергии, не может застраховать от появления искажений в сети. Гармонические искажения появляются в результате появления импульсных источников питания, ненормальной работы подключенных электродвигателей и других факторов.
3. Убрать помехи в сети, способствовать к симметричности фаз. Трехфазные цепи зачастую работают с перекосом фаз, в следствие неравномерной загрузки одной или нескольких фаз, различными однофазными устройствами.
4. Повысить степень надежности и экономичности электрической сети. Потребители, которые из-за появления в сети высоких пусковых токов, превышающих номинальное значение тока, присутствие в системе нагрузок, несущих реактивный характер (насосы, системы отопления, вентиляция, кондиционирование) приводят к увеличению реактивной мощности и понижению энергоэффективности системы.

Решение этих задач относится к корректировке мощности и к применению установок, компенсирующих реактивную мощность.

Существуют три вида компенсаций это: единичная, групповая и централизованная.

Единичная компенсация применяется на объектах, требующих компенсации потребителей с большой мощностью, работающих в постоянном режиме потребления высокой нагрузки в течение большого срока времени.

Единичная компенсация

Использование групповой компенсации характерно для работающих одновременно и в непосредственной близости друг от друга источников реактивной нагрузки, имеющих подключение от единого распредустройства с одной общей конденсаторной установкой.

Групповая компенсация

Централизованная компенсация предпочтительна для промышленных предприятий, имеющих в своем характере работы переменную потребность в нерегулярно реактивной мощности. Конденсаторные установки в своей конструкции имеют коммутационную аппаратуру, которая при изменении коэффициента мощности оперирует включением, отключением установки.

Централизованная компенсация

Для корректировки мощности и стабилизации без разрыва питающих цепей и искажения синусоид напряжения и тока рекомендуется применение энергосберегающего устройства ЭСУ ENERGY-S.

Для компенсации реактивной мощности целесообразно использование КРМ, УККРМ, такие установки являются наиболее приемлемыми для применения в российских электросетях. Они имеют значительные преимущества перед остальными устройствами.

1. Малые потери мощности.
2. Отсутствие механического износа.
3. Небольшие эксплуатационные затраты.
4. Отсутствие высокого уровня шума.
5. Относительно небольшие трудности при монтаже и несложное техническое обслуживание.

Применение установок компенсации реактивной мощности способствует удовлетворительному техническому решению по энергосбережению, при минимуме затрат на переоснащение систем электроснабжения.

enargys.ru

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 целомВ 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.

nzku.ru

---

• 
  Последствия крупных аварий на аэс
• 
  Как включить счетчик электроэнергии если выбило пробки
• 
  Схема реверса
• 
  Каким способом происходит передача энергии от солнца к земле
• 
  Как обойти счетчик электроэнергии на столбе
• 
  Стоимость газа в мордовии
• 
  Когенерация энергии
• 
  Удельная электропроводность меди
• 
  Индукционный ток это направленное движение заряженных
• 
  Определение трансформация
• 
  Фаза ноль что это