Укрм — установка компенсации реактивной мощности. Конденсаторные установки компенсации реактивной мощности Установка компенсации реактивной мощности укрм

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Цель работы

Анализ актуальности, общих принципов и технических средств компенсации реактивной мощности для повышения энергоэффективности электрических сетей городов, промышленных предприятий и объектов электроэнергетики

Задачи работы

1. Рассмотреть физические основы и понятие реактивной мощности

2. Изучить современные устройства компенсации реактивной мощности в низковольтных электрических сетях

3. Изучить процедуру и выполнить настройку регулятора реактивной мощности конденсаторной установки.

4. Провести регистрацию параметров электрической сети до и после компенсации реактивной мощности.

5. Выполнить расчет эффективности компенсации реактивной мощности.

6. Проанализировать эффективность компенсации реактивной мощности для снижения потерь мощности в электрической сети.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Понятие реактивной мощности

В электрических цепях переменного тока различают три вида мощности: активную, реактивную и полную.

Полная мощность S представляет собой произведение напряжения на полный ток в электрической цепи:

Эта мощность измеряется в вольтамперах (ВА).

мощ ность равна про зведени ю напряж ения, тока и косинуса угла φ между

	напряжение	и током и измер ется в ваттах (Вт):
	Реактивная мощность Q					напряжения, тока и
				произведению
	синуса угла φ межд напряжением и током и				измеряется в вольтамперах
	реа ктивных
		бусловлена тем,
							риемников
	нуждаются для своей работы в переменном электромагнитном поле.
	Из этих выражений следует, что

Векторная диаграмма мощностей показана на рис.

Рис. 2. Диаграмма мощно тей

Присутствие реактивной составляющей мощности в электрической сети обусловлено конструктивными особенностями элементов электрических сетей и подстанций, а также электрических цепей электроприемников и связано с наличием в них реактивных сопротивлений (индуктивностей и емкостей). Данные реактивные сопротивления оказывают препятствие изменению параметров электрической энергии. Так, индуктивности препятствуют любому изменению тока в них, а емкости – изменению напряжения. Указанное препятствие выражается в том, что эти элементы в определенные интервалы времени «запасают» и «отдают» электрическую энергию. При выработке, преобразовании, передаче и потреблении электрической энергии на переменном напряжении данное обстоятельство приводит к колебательному процессу обмена энергией между реактивными элементами, рассредоточенными между элементами электрических станций, подстанций, линий электропередачи и электроприемниками.

Вышеуказанную долю электрической энергии называют реактивной энергией. При этом реактивная энергия не преобразуется в другие виды энергии, но её потоки по элементам электрических цепей сопровождаются дополнительной загрузкой этих элементов, а также дополнительными потерями активной энергии на их активных сопротивлениях.

Основным показателем потребления реактивной энергии (мощности) является коэффициент мощности сosφ. Он показывает соотношение активной мощности Р и полной мощности S , потребляемой электроприемниками из сети:

Актуальность компенсации реактивной мощности

Общеприняты понятия, что реактивности индуктивного характера являются потребителями реактивной энергии, а реактивности емкостного характера – источниками реактивной энергии. Установка источников реактивной мощности непосредственно у потребителей или в узлах электрической сети носит название компенсации реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности – представляет собой один из наиболее важных и ответственных мероприятий по повышению энергоэффективности. В комплексе вопросов, посвященных передаче, распределению и потреблению электроэнергии, проблема КРМ всегда находилась на одном из наиболее важных мест.

При нормальных рабочих условиях все электрические потребители, режим которых сопровождается постоянным возникновением и исчезновением магнитных полей (например, индукционные двигатели, оборудование для сварки), забирают от сети не только активную, но и индуктивную реактивную мощность. Эта реактивная мощность необходима для работы оборудования и, в то же время, может быть рассмотрена как нежелательная дополнительная нагрузка сети. При передаче тока ненужная реактивная часть должна быть по возможности малой. С другой стороны, реактивную мощность использует потребитель, поэтому ее нужно пытаться передать не через сеть общего электроснабжения, а выработать непосредственно в месте ее потребления. Таким образом, обеспечивается:

снижение потерь электроэнергии и мощности в силовых трансформаторах и линиях электропередачи;

снижение загрузки силовых трансформаторов и линий электропередачи;

воз можность

подключения

дополнительных

потребителей

пределах заявленной мощности;

повышение

качества электрической энергии, нормализация уровня

напряжения.

В совр еменных

услови ях для компенсации реактивной мощности

низковольтных пром

шленных и городских электрическ их сетях наибольшее

рас пространение

получили отдельные

конденсаторы или

конденсаторные

уст новки

наиболее

экон мически

пра ктически

выгодных

показателей.

действия

конденсаторных

установок

заключается

сле дующем.

емкост ное

сопротивле ие

величине

индуктивном у, то действия

их токов взаимно

компенсируются. Таким

образом, потребляемая

реактивная

может быть снижена или

всего, реактивная мощн ость

полностью

компенсируется (до

так к к появляется рис к перекомпенсации

(из-за переменных величин

1 активной

мощности

нагрузки, а также иных

случайных

факторов).

В основном,

пытаются

значения

диапазоне 0,90...0,95.

Рис. 3. Баланс мощности

Процесс такого уравнивания количества энергии электрического поля (конденсатора) и магнитного поля (индуктивности) и является компенсацией реактивной мощности.

Вырабатывая реактивную мощность, конденсаторные батареи повышают величину напряжения в точке их установки, поэтому они применяются не только в целях уменьшения потерь электроэнергии, но и для регулирования напряжения у потребителей. Например, если потребитель находится на значительном удалении от узла питания, то за счет падения напряжения в линии потребителя напряжение у потребителя может снизиться ниже нормально допустимого для работы этого оборудования. Эффективным решением является установка у потребителя с пониженным напряжением конденсаторной батареи для повышения напряжения.

Отдельные конденсаторы для компенсации реактивной мощности выпускаются на напряжения 220, 380 и 660 В в трехфазном исполнении мощностью от 1 до 10 квар и на напряжения 1,05; 3,15; 6,3 и 10,5 кВ – в однофазном исполнении мощностью от 13 до 75 квар.

Так как мощность отдельных конденсаторов сравнительно невелика, то обычно их соединяют параллельно в батареи, размещаемые в комплектных шкафах.

В зависимости от способа исполнения различают нерегулируемые и регулируемые конденсаторные установки. Регулируемые установки всегда выполняются многоступенчатыми и оснащаются автоматическими микропроцессорными регуляторами для исключения перекомпенсации реактивной мощности в минимальном режиме и, как следствие, повышение напряжения у потребителей. Принципы регулирования могут быть различными: по времени суток, по величине реактивной мощности, по напряжению, по величине полного тока, коэффициенту мощности, а также комбинированные. Использование регулируемых установок является более эффективным способом реализации КРМ, однако, и более дорогостоящим.

В последнее время повсеместное внедрение силовой преобразовательной техники в промышленности, например, частотно регулируемых электроприводов, ставит перед потребителями проблему искажения кривой питающего напряжения высшими гармониками. В этом случае необходимо использовать конденсаторные установки, оснащенные дросселями. Дроссели предназначены для работы в составе конденсаторных установок, включаются последовательно с конденсаторами и служат для отстройки от частоты превалирующей в сети гармоники для предотвращения повреждения конденсаторной установки.

В зависимости от подключения и формы применения конденсаторных установок или отдельных конденсаторов различают несколько видов компенсации:

Централизованная компенсация (рис. 4, а, б), при которой определенное число конденсаторов подключается к распределительному устройству подстанции. Конденсаторы управляются электронным регулятором, который постоянно анализирует потребность реактивной мощности в сети. Такие регуляторы включают или отключают конденсаторы,

с помощью которых компенсируется мгновенная реактивная мощность общей нагрузки и, таким образом, уменьшается суммарная потребность сети. Размещение конденсаторных установок в РУ 0,4 кВ окупается за 2,5-4,5 года.

Групповая компенсация (рис. 4, в), в которой аналогично локальной компенсации для нескольких одновременно работающих индуктивных потребителей подключается совместный постоянный конденсатор (лежащие вблизи друг от друга электродвигатели, группы разрядных ламп). Здесь также разгружается подводящая линия, правда, только до распределителя на отдельные потребители. Срок окупаемости этого вида компенсации ориентировочно равен 1,5-4,5 года.

Индивидуальная или постоянная компенсация (рис. 4, г), при которой индуктивная реактивная мощность компенсируется непосредственно

в месте ее возникновения, что ведет к разгрузке подводящих проводов

(тип ично для отдельных, в продолжительном режиме работающих потребителей с постоянной или относительно большой мощнос ью (свыше 20 кВт) - асинхронные двигат ли, трансформаторы, сварочные инструменты, раз ядные л мпы и т. д.). Этот вид компенсации наиболее эффективен, а срок окупаемости по среднестатистическим данным составляет от 0,3 до 0,7 года.

отс тствие вращающ ихся частей;

простой монтаж и эксплуатация (не нуж но фундамента);

относительно не высокие капиталовложения;

блока нагрузки, блока управления нагрузкой, регулируемой конденсаторной уст новки.

Конде саторна

устано вка

редназначена

реа ктивной

электрическую

сет. Она представляет собой

металлический шкаф,

размещены

конденсаторы,

контакторы,

предохранители,

ру ильник,

микропроцессорный

регулятор

реактивной

регулятор).

Конденсаторная

установка состоит

конденсаторов, мощностью 2,5, 2,5 и

квар. В зависимости от комбинации

включенных

конденсаторов

установка

ступени регулирования

мощ ности: 2,5, 5, 7,5 и 10 квар.

Блок нагрузки (рис.

моделирует акти но-индуктивную нагрузку в

пределах от 0 до 10 к ВА с помощью комбинации дросселей и резисторов.

правления

нагрузкой (рис. 7) позволяет дискретно

акт ивно-индуктивную

нагруз ку. На панели у равления блока размещены

органы управления и элементы

сигнализации.

Рис. 5. Конденсаторная		Рис. 6. Бло нагрузки		Рис. 7. Блок управления
установка				нагрузкой
Для регулирования выдаваемой реактивной мощности конденсаторной
уст новки	в работе использу ется регулятор		CR05 производства фир мы
	обеспечивает	управление реактивной		мощностью установки
зави симости от заданного пользователем cosφ.
	рис. 8 изображен внешний вид			элементы управления
сиг нализации регулятора:

Рис. 8. Описание перед ей панелиуправлени я

1. in d – акти но-индуктивная нагрузка;

2. c ap – активно-емкостная нагрузка;

3. c osф / cos ф – текущий или средний c osφ;

4. a mp / volt – ток или напряжение;

5. al arm – включена сигнализа ция;

6. S TAGES – информируют о состоянии соответствующих конденсаторов (светится при включенном конденсаторе);

7. Кнопки для настройки и обслуживания регулятора.

Принцип работы регулятора основывается на следующем. Регулятор

этим значениям прибор вычи сляет реактивну ю мощность и коэффициент мощ ности нагрузки. Определ ние необходимого количества подключенных сту пеней производится путем сравнения текущ его значения коэффициен та

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕН Я РАБОТЫ

1. Настроить п раметры регулятора

1.1. Войти в меню настроек регуля ора. На жать кнопку SET и удерж вать в течение 5 с. На дис лее появится параметр CoS .

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ

• Нерегулируемые (постоянной мощности)

Состоят только из фиксированных ступеней. Принцип действия: включение и отключение разъединителя производится в ручном режиме (при отсутствии нагрузочного тока). Марки производимых установок - КРМ, КРМ1, УКЛ, УКЛ56, УКЛ57.

Регулируемые (автоматические)

Состоят только из регулируемых ступеней. Принцип действия: коммутация осуществляется автоматически, включением и отключением ступеней. При этом мощность и момент включения автоматически определяются электронным блоком. Регулируя, повышая значение коэффициента cos(φ), высоковольтные конденсаторные установки "СлавЭнерго" автоматически компенсируют реактивную мощность нагрузки в электрических сетях напряжением 6,3 - 10,5 кВ. Наиболее часто встречающиеся аббревиатуры таких установок - КРМ, УКРМ 6, УКРМ 6,3, УКРМ 10, УКРЛ, УКРЛ56, УКРЛ57.

• Полуавтоматические

Для того, чтобы удешевить установки компенсации реактивной мощности УКРМ 10 кВ и 6 кВ, сохранив при этом высокий уровень их качества, компанией СлавЭнерго были разработаны полуавтоматические компенсаторы реактивной мощности - гибрид двух вышеперечисленных типов УКРМ. В их составе имеются как регулируемые (автоматические) ступени, так и фиксированные (не регулируемые). Такие устройства получили широкое распространение ввиду того, что практически всегда некоторая часть нагрузки в высоковольтной сети присутствует постоянно, в круглосуточном режиме. Для этой "фиксированной" части нагрузки и подбираются соответствующие ёмкости конденсаторных батарей, размещаемых в нерегулируемых ячейках конденсаторных установок. Такие ступени в 2-3 раза дешевле по сравнению с автоматическими ступенями аналогичной мощности, что в свою очередь благоприятно сказывается на стоимости устройства компенсации реактивной мощности УКРМ в целом.

• Фильтровые

Любые вышеперечисленные высоковольтные установки (нерегулируемые, регулируемые, полуавтоматические) при необходимости исполняются с защитными дросселями от гармонических искажений. Подробнее о таких установках Вы можете узнать

Технические характеристики основных высоковольтных УКРМ*

Наименование	Мощность,	Шаги регулировки, квар		Габариты**	(при U=6.3 кВ)	(при U=10.5 кВ)
		Фикс.	Рег.
УКРМ-6,3 (10,5)-150-50 (100р+50р)	150	1х100	1х50	2394 х 1800 х 770	13,75	8,25	480
УКРМ-6,3 (10,5)-300-150 (150ф+150р)	300	1х150	1х150	2394 х 1800 х 770	27,49	16,50	530
УКРМ-6,3 (10,5)-450-150 (300ф+150р)	450	1х300	1х150	2394 х 1800 х 770	41,24	24,74	550
УКРМ-6,3 (10,5)-600-300 (300ф+300р)	600	1х300	1х300	2394 х 1800 х 770	54,99	32,99	600
УКРМ-10,5 (6,3)-900-450 (450ф+450р)	900	1х450	1х450	2394 х 1800 х 770	82,48	49,49	600
УКРМ-6,3 (10,5)-1350-450 (450ф+2х450р)	1350	1х450	2х450	3344 х 1800 х 770	123,72	74,23	910
УКРМ-6,3 (10,5)-2250-450 (3х450ф+2х450р)	2250	3х450	2х450	4294 х 1800 х 770	206,20	123,72	1375
УКРМ-6,3 (10,5)-3150-450 (3х450ф+4х450р)	3150	3х450	4х450	6194 х 1800 х 770	288,68	173,21	1850

Основной нагрузкой в промышленных электросетях являются асинхронные электродвигатели и распределительные трансформаторы. Эта индуктивная нагрузка в процессе работы является источником реактивной электроэнергии (реактивной мощности ), которая совершает колебательные движения между нагрузкой и источником (генератором), не связана с выполнением полезной работы, а расходуется на создание электромагнитных полей и создает дополнительную нагрузку на силовые линии питания. Поэтому очень важен компенсатор реактивной мощности.

Реактивная мощность характеризуется задержкой (в индуктивных элементах ток по фазе отстает от напряжения) между синусоидами фаз напряжения и тока сети. Показателем потребления реактивной мощности является коэффициент мощности (КМ), численно равный косинусу угла (ф) между током и напряжением. КМ потребителя определяется как отношение потребляемой активной мощности к полной, действительно взятой из сети, т.е.: cos(ф) = P/S. Этим коэффициентом принято характеризовать уровень реактивной мощности двигателей, генераторов и сети предприятия в целом. Чем ближе значение cos(ф) к единице, тем меньше доля взятой из сети реактивной мощности.

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

В результате этого:

• возникают дополнительные потери в проводниках вследствие увеличения тока;
• снижается пропускная способность распределительной сети;
• отклоняется напряжение сети от номинала (падение напряжения из-за увеличения реактивной составляющей тока питающей сети).

Все сказанное выше является основной причиной того, что предприятия электроснабжения требуют от потребителей снижения доли реактивной мощности в сети. Решением данной проблемы является компенсация реактивной мощности – важное и необходимое условие экономичного и надежного функционирования системы электроснабжения предприятия. Эту функцию выполняют , основными элементами которых являются конденсаторы .

Правильная компенсация позволяет:

• снизить общие расходы на электроэнергию;
• уменьшить нагрузку элементов распределительной сети (подводящих линий, трансформаторов и распределительных устройств), тем самым продлевая их срок службы;
• снизить тепловые потери тока и расходы на электроэнергию;
• снизить влияние высших гармоник;
• добиться большей надежности и экономичности распределительных сетей.

Кроме того, в существующих сетях

• исключить генерацию реактивной энергии в сеть в часы минимальной нагрузки;
• снизить расходы на ремонт и обновление парка электрооборудования;
• увеличить пропускную способность системы электроснабжения потребителя, что позволит подключить дополнительные нагрузки без увеличения стоимости сетей;
• обеспечить получение информации о параметрах и состоянии сети.

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

Зачем компенсировать реактивную мощность?

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

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

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

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

Основные потребители реактивной мощности:

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

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

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

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

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

Использование конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности позволяет:

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

продольная и поперечная компенсация реактивной мощности

Все виды конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности необходимы для стабилизации работы электрических сетей и снижения возможных энергопотерь. В состав этого оборудования входят батареи статических конденсаторов (БСК). Каждая БСК состоит из параллельно-последовательно соединенных в форме звезды или треугольника косинусных конденсаторов. Батарея оснащена токоограничивающими реакторами, которые нужны для регулировки тока при включении. Для защиты используется головной выключатель или трансформатор напряжения.

Благодаря этому процессу, возможно существенно уменьшить нагрузку на:

• провода;
• коммутационное оборудование;
• трансформаторы.

За счет уменьшения искажения формы сопротивления повышаются качество электроэнергии у конечного пользователя и срок службы всего оборудования. Но откуда берутся помехи в подаче тока, и возникает необходимость в компенсации?

Общие вопросы теории

Во всех крупных электрических сетях возникают два вида сопротивлений:

1. активное – например, у ламп накаливания, электронагревателей;
2. индуктивное – у электродвигателей, распределительных трансформаторов, сварочного оборудования, люминесцентных ламп.

Общая мощность формируется с учетом этих двух нагрузок. Подробнее эта зависимость показана на картинке ниже.

Когда напряжение становится отрицательным, а ток – положительным и наоборот, происходит смещение тока по фазе. В этот момент мощность поступает в обратном направлении в сторону генератора, хотя должна идти на нагрузку. При этом электрическая энергия колеблется от нагрузки к генератору и обратно, вместо того, чтобы переходить по сети. Мощность, которая возникает во время этого процесса, называется реактивной. Такая мощность генерирует магнитное поле, которое также дает дополнительную нагрузку на силовые поля.

Для того чтобы установить полную мощность сети, необходимо определить обе составляющие: и активную, и реактивную. Значение вычисляется, исходя из фактора, или коэффициента, мощности, которым является cosφ – косинус угла, возникающий между кривыми активной и реактивной составляющих.

Активная мощность используется для преобразования в тепловую, механическую и другие полезные виды энергии. Реактивная не подходит для использования в этих целях, но без нее невозможна работа трансформаторов, генераторов и другого оборудования, функционирование которого основано на свойствах электромагнитного поля. Организации, занимающиеся электроснабжением, ведут поставку только активной нагрузки, потому что поставки реактивного сопротивления:

• увеличивают мощность оборудования за счет снижения пропускной способности;
• повышают активные потери;
• приводят к падению напряжения из-за присутствия реактивной составляющей.

Особенности установки компенсационного оборудования

Удобнее всего генерировать реактивную часть напрямую у потребителя, иначе пользователю придется платить за поставки электричества дважды. Первый раз – за поставку активной, а второй – реактивной части. Кроме того, при такой двойной поставке потребуется дополнительное оборудование. Для чтобы избежать такой ситуации, используются конденсаторные установки компенсации реактивной мощности.

Важно! Установка компенсации реактивной мощности (КРМ) не просто экономит энергию. На промышленных предприятиях России потенциал энергосбережения составляет только 13-15% от общего потребления.

Уровень потребляемой электроэнергии на предприятии постоянно изменяется, то есть cosφ может расти или понижаться. Таким образом, чем больше коэффициент мощности, тем выше активная составляющая и наоборот. Для регулирования данного процесса требуются конденсаторные установки, способные компенсировать реактивную составляющую.

Конденсаторы, на основе которых построена эта компенсационная аппаратура, удерживают значение напряжения на заданном уровне. Ток в конденсаторах в противоположность индуктивности работает на опережение. Таким образом, конденсаторы выступают в роли фазосдвигающего оборудования.

Все конденсаторные установки по компенсации реактивной мощности разделяются на регулируемые и нерегулируемые. Главный недостаток последних заключается в том, что при существенном изменении нагрузки и коэффициента мощности, возможна перекомпенсация. Если в цепи имеется вероятность существенного роста cosφ, использовать нерегулируемого КРМ не рекомендуется.

Регулируемые устройства способны работать в динамическом режиме, проводить мониторинг и отслеживать показания для дальнейшего анализа. Контроллер, входящий в состав этого оборудования, прямо на месте отслеживает и рассчитывает сразу несколько показателей:

• уровень реактивной нагрузки во внешней цепи;
• определяет существующий коэффициент мощности;
• сравнивает коэффициент с заданными значениями.

Если полученное значение отличается от эталона, регулятор подключает или отключает определенные конденсаторы, входящие в компенсаторную установку. Использование этого оборудования дает возможность полностью контролировать уровень подачи электроэнергии на предприятиях с большим количеством разных по назначению приборов. Особенно это важно, если точно отследить, как изменяется реактивная составляющая по сети, довольно сложно. Общий принцип компенсирования позволяет не устанавливать у каждого прибора с реактивной составляющей отдельного оборудования.

Эффективность применения конденсаторных установок

Несмотря на то, что удобнее всего компенсировать реактивную составляющую напрямую у потребителя, для улучшения качества поставляемой электроэнергии первые установки используются еще на подстанциях. Это дает возможность разгрузить сеть и уже сэкономить от 10 до 20% энергии. Поэтому на подстанциях в 0,4 кВ проводится переключение пользователей с перегруженных фаз на недогруженные.

У непромышленных абонентов качественно выровнять фазы, используя только одну конденсаторную установку, практически невозможно. Особенно это касается жилых зданий с однофазной нагрузкой. Здесь компенсацию проводят на каждой фазе и дополнительно используют фильтры, емкость которых можно менять в автоматическом режиме.

Номинальное напряжение конденсаторных установок может быть самым разным. Высоковольтное оборудование 6, 10, 35кВ используют на подстанциях. Низковольтные устройства 0,4-0,66кВ применяют непосредственно на нагрузках. За счет высокого быстродействия низковольтные приборы могут стабилизировать не только постоянную, но и скачкообразную реактивную мощность.

В общем случае компенсация реактивной мощности состоит из 2 этапов:

1. Централизованный мониторинг качества (грубая компенсация) путем выравнивания фаз и фильтрации тока на подстанциях;
2. Индивидуальная компенсация на промышленных предприятиях, их отдельных подразделениях, а также на уровне мелких потребителей – владельцев квартир и частных домов. В ходе этих работ устройство компенсации реактивной мощности уменьшает энергопотери за счет обеспечения синусоидальности тока.

Раньше проблемы энергосбережения у небольших потребителей практически не брались во внимание. Считалось, что реактивная составляющая оказывает влияние только на работу крупных предприятий, где используются индукционные печи, асинхронные двигатели, понижающие трансформаторы и другие приборы.

Но в последнее время количество используемого преобразовательного и стабилизирующего оборудования в социально-бытовой среде значительно увеличилось. Полупроводниковые преобразователи ухудшают форму кривой тока, тем самым негативно влияют на функционирование других приборов. Но пока устройства КРМ для частных коммунально-бытовых потребителей почти не применяются.

Видео

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

Основным предназначением устройства является снижение действия , 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.

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

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

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

Модульный тип построения, способствует поэтапному наращиванию мощности УКРМ.

Защита конденсаторных установок

Для безопасной работы устройства предусмотрены защиты:

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

Достоинства устройства конденсаторной установки УКРМ

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

Типы УКРМ

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

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

В модульных установках КРМ ступени конструктивно объединены в модуль

Особенности подключения УКРМ

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

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

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

Расчет УКРМ

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

Qc = Px (tg(1)-tg(ф2)).

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

Формула мощности приобретает такой вид:

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.

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.