Компенсация реактивной мощности для экономии электроэнергии Строительный портал

Компенсация реактивной мощности для экономии электроэнергии

Энергосбережение с помощью компонентов систем компенсации реактивной мощности от компании «ETI»

В условиях дефицита и увеличения стоимости энергоресурсов, роста объемов производства и инфраструктуры городов все более актуальной становится проблема энергосбережения и экономии электроэнергии в частности.

Большинство электроустановок наряду с активной мощностью потребляют и реактивную мощность, которая расходуется на создание электромагнитных полей и является бесполезной для потребителя. Наличие реактивной мощности снижает качество электроэнергии, приводит к таким явлениям, как увеличение платы за электроэнергию, дополнительные потери электроэнергии и перегрев проводов, перегрузка подстанций, необходимость завышения мощности трансформаторов и сечения кабелей, просадки напряжения в электросети. В настоящее время прирост потребления реактивной мощности превышает рост потребления активной мощности вследствие бурного внедрения современных электротехнических устройств (системы освещения и рекламы, устройства кондиционирования, частотные преобразователи электроприводов, импульсные блоки питания и т.д.).

В электрических сетях с чисто активной нагрузкой протекающий ток не опережает напряжение и не запаздывает по отношению к нему. При индуктивной нагрузке ток отстает от напряжения, при емкостной — опережает напряжение. Индуктивный характер нагрузка имеет при работе электродвигателей, компрессоров, электромагнитов и др., что наиболее типично для большинства потребителей. В этом случае снижается коэффициент мощности, и для его повышения необходимо подключать емкостную нагрузку, которая компенсирует индуктивную составляющую. В результате, это приводит к тому, что суммарная нагрузка становится чисто активной и коэффициент мощности приобретает максимальное значение.

Применение конденсаторных установок, работающих в автоматическом режиме, позволяет компенсировать реактивную мощность и, тем самым, снизить общие потери потребителя.

В частности, при повышении cos φ c 0.5 до 0,9 снижение общей потребляемой мощности составляет около 44%, экономический эффект оценивается в 15-25% от потребления электроэнергии, что в свою очередь приводит к экономии топлива;

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

Применение установок компенсации реактивной мощности необходимо на предприятиях, использующих:

  • Асинхронные двигатели (cos(ф)

0.7)
Асинхронные двигатели, при неполной загрузке (cos(ф)

0.5)
Выпрямительные электролизные установки (cos(ф)

0.6)
Электродуговые печи (cos(ф)

0.6)
Индукционные печи (cos(ф)

0.2-0.6)
Водяные насосы (cos(ф)

0.8)
Компрессоры (cos(ф)

0.7)
Машины, станки (cos(ф)

0.5)
Сварочные трансформаторы (cos(ф)

0.4)
Лампы дневного света (cos(ф)

Применение установок компенсации реактивной мощности эффективно в производствах:

  • Мясоперерабатывающее (cos(ф)

0.6-0.7)
Хлебопекарное (cos(ф)

0.6-0.7)
Лесопильное (cos(ф)

0.55-0.65)
Молочное (cos(ф)

0.6-0.8)
Механообрабатывающее (cos(ф)

0.5-0.6)
Авторемонтное (cos(ф)

0.7-0.8)
Пивоваренный завод (cos(ф)

0.6)
Цементный завод (cos(ф)

0.7)
Деревообрабатывающее предприятие (cos(ф)

0.6)
Горный разрез (cos(ф)

0.6)
Сталелитейный завод (cos(ф)

0.6)
Табачная фабрика (cos(ф)

0.8)
Порты (cos(ф)

Для различных объектов экономический эффект оценивается в 15-25% от потребления электроэнергии.

Применение компенсации реактивной мощности позволяет:

  • уменьшить нагрузку на трансформаторы, увеличить срок их службы;
  • уменьшить нагрузку на кабели, провода, уменьшить их сечение;
  • улучшить качество электроэнергии для потребителей;
  • уменьшить нагрузку на коммутационную аппаратуру, за счет снижения токов в цепях;
  • снизить расходы на электроэнергию;
  • уменьшить уровень высших гармоник в сети.

Компания «ЭТИ электроэлемент», предлагающая качественное электротехническое оборудование, заслужившее признание в Европе и на Украине, предлагает простое и решение — компоненты систем компенсации реактивной мощности с новым контроллером PFC.

Данное устройство при разных нагрузках отслеживает активную и реактивную составляющую мощности путем измерения мгновенных значений напряжений и тока электрической сети. На основе этих измерений вычисляется фазовый сдвиг между током и напряжением, и полученное значение сравнивается с предварительно заданной величиной косинуса φ. В зависимостиот фактического отклонения коэффициента мощности контроллер подает команду на управление ступенями конденсаторных батарей с минимальным временем реакции (от 4 секунд). Принцип работы данного устройства основан на системе FCP (fast Computerized Program), которая позволяет контроллеру производить мгновенное измерение значений напряжения и тока (тем самым, предоставляя точную информацию о состоянии системы) и осуществлять оптимальное управление компенсацией. Система PFC также позволяет минимизировать количество операций, увеличивая ресурс конденсаторных батарей, а также увеличить скорость реакции, уменьшая энергетические потери. Контроллер является полностью автоматическим устройством для управления компенсацией реактивной мощности. Высокая точность определения тока и коэффициента мощности достигается цифровой обработке измеренных значений тока и напряжения.

Устройство вычисляет фундаментальный компонент гармоник активных и реактивных токов, таким образом, обеспечивается точное измерение и управление, даже если форма токового сигнала искажена высшими гармониками сети.

Особенностью нового контроллера являются специализированные функции автоматической настройки ступеней без участия персонала, а также, функции нескольких фиксированных программ работы ступеней, возможность подключения и программирования внешнего вентилятора для охлаждения конденсаторных батарей, предусмотрен аварийный сигнал превышения температуры. При отсутствии необходимости автоматизированной настройки, все параметры могут быть заданы вручную.

Клеммы питания 230V AC используются также и для измерения напряжения. Вход для измерения тока рассчитан на трансформатор тока, с номинальным током вторичной обмотки 5А. Измерительные входы могут подключаться к контроллеру в любых комбинациях т.е. при любом напряжении и любой фазе тока 2х230/415V AC сети.

Контроллер имеет автоматическую самонастройку. Он автоматически определяет фазу, в которую установлен трансформатор тока и мощность каждой подключенной конденсаторной ступени. Есть возможность ручной установки этих параметров. Любую ступень можно включить и выключить вручную.

Эти контроллеры работают во всех четырех квадрантах, и цикл переключения зависит от отклонения установленного коэффициента мощности и наличия недокомпенсации или перекомпенсации. Путем вычисления необходимой мощности контроллер достигает установленного коэффициента мощности с минимальными периодами переключения каждой ступени и выбирает те ступени, которые были отключены самое длительное время. Все присоединенные ступени автоматически проверяются. В случае, если мощность ступени уменьшается или полностью исчезает, ступень становится временно выведенной из эксплуатации. Эта ступень периодически тестируется, при наборе установленного коэффициента мощности, и если это необходимо, вновь вводится в эксплуатацию.

Преимущества контроллеров компенсации реактивной мощности:

  • малые потери (до 0,5 Вт на 1 кВАр мощности);
  • простой монтаж и эксплуатация;
  • возможность подключения в любой точки электросети;
  • небольшие эксплуатационные затраты;
  • возможность компенсации практически любой реактивной мощности;
  • быстрая окупаемость (до 1 года).

Необходимыми компонентами для системы компенсации реактивной мощности с помощью контроллера являются конденсаторные банки и контакторы к ним.

Конденсаторы состоят из цилиндрического алюминиевого корпуса, внутри которого установлен диэлектрик с тремя пропиленовыми металлизированными слоями, что позволяет обеспечить низкий уровень потерь, высокую устойчивость к большим импульсным токам. Пропиленовая пленка производится из смеси цинка и алюминия, толщиной 10-50 нм. Применение данного материала позволяет добиться эффекта самовосстановления в случае возникновения пробоя пробоя диэлектрика между обкладками конденсатора. В свою очередь, способность к самовосстановлению гарантирует высокую надежность и длительный срок эксплуатации конденсатора. На всех стадиях процесса производства конденсаторов проводятся измерения основных параметров изделия.

Компания «ЭТИ электроэлемент» предлагает конденсаторы для внутренней установки серии KNK следующих типов:

  • KNK 5065, KNK 9053, KNK 1053(сухие) — трехфазные в цилиндрическом корпусе.
  • KNK 9103 — трехфазные в призматическом корпусе.

В процессе эксплуатации конденсаторных установок компенсации реактивной мощности при регулировании ступеней конденсаторные батареи подвергаются частым переключениям. В отличие от других видов электрооборудования, при коммутации конденсаторных батарей возникает большой пусковой ток, значительно (до 250 раз) превышающий номинальное значение.

В связи с этим, для коммутации конденсаторов необходимо использовать специальные контакторы. В отличие от обычных контакторов, контакторы CEM25C, CEM32C, CEM50C, CEM65C производства компании «ЭТИ электроэлемент» снабжены дополнительной контактной группой, установленной параллельно основной. К вспомогательным контактам, с двух сторон, последовательно подключены съемные токоограничивающие элементы, состоящие из нескольких витков проводника с большим удельным сопротивлением. При коммутации обе группы контактов приводятся в действие одновременно, но из-за меньшего расстояния, лимитируемого упором, вспомогательные контакты замыкаются на несколько миллисекунд раньше основных и пусковой ток протекает через токоограничивающие элементы, таким образом ограничивая ток конденсаторной батареи. Размыкаются они только после уверенного замыкания основных силовых контактов. Это предотвращает возникновение бросков, которые в свою очередь могут привести к повреждению (свариванию) силовой контактной группы и негативно повлиять на срок службы конденсатора. Ограничение пускового тока позволяет также избежать просадок напряжения во время переходных процессов. Контактная группа пускателей устойчива к свариванию при пиковых пусковых токах до 250 кА. Все контакторы этой серии снабжены нормально разомкнутыми вспомогательными контактами.

По материалам филиала АО «Эти электроэлемент» (Словения)

Возможности компенсации реактивной энергии в быту с помощью Saving Box

Рекламные трюки продавцов бытовой техники для экономии электроэнергии

Навязчивая реклама в интернете и даже на государственных каналах телевидения через телемагазин настойчиво предлагает населению устройство для экономии электроэнергии в виде «новинок» электронной промышленности. Пенсионерам предоставляется скидка 50 % от общей стоимости.

Читать еще:  Посуда berghoff на страже здоровья потребителей

«Saving Box» — так называется один из предлагаемых приборов. О них уже писалось в статье «Приборы для экономии электроэнергии: миф или реальность?». Пришла пора продолжить тему на примере конкретной модели, объяснив более подробно:

что такое реактивное сопротивление;

каким образом создается активная и реактивная мощность;

как осуществляется компенсация реактивной мощности;

на основе чего работают компенсаторы реактивной мощности и устройство для экономии электроэнергии.

Людям, купившим такое устройство, приходит по почте посылка с красивой коробочкой. Внутри расположен элегантный пластмассовый корпус с двумя светодиодами на лицевой стороне и вилкой для установки в розетку — с обратной.

Чудо-прибор для экономии электроэнергии (для увеличения нажмите на рисунок):

На приложенной фотографии показаны заявленные производителем характеристики: 15000 Вт при напряжении в сети от 90 до 250 В. Оценим их с точки зрения электрика-практика по приведенным под картинками формулам.

При наименьшем указанном напряжении такое устройство должно пропускать через себя ток 166,67 А, а при 250 В — 60 А. Сравним полученные расчеты с нагрузками сварочных аппаратов переменного напряжения.

Ток сварки для стальных электродов диаметром 5 мм составляет 150÷220 ампер, а для толщины 1,6 мм достаточно — 35÷60 А. Эти рекомендации есть в любом справочнике электросварщика.

Вспомните вес и габариты сварочного аппарата, который варит электродами 5 мм. Сравните их с пластмассовой коробочкой, величиной с зарядное устройство мобильного телефона. Подумайте, почему от тока 150 А плавятся стальные электроды 5 мм, а остаются целыми контакты вилки этого «прибора», да и вся проводка в квартире?

Чтобы понять причину такого несоответствия, пришлось вскрыть корпус, показав «внутренности» электроники. Там кроме платы для подсветки светодиодов и предохранителя размещена еще одна пластиковая коробочка, для бутафории.

Внимание! В этой схеме отсутствует устройство для экономии электроэнергии или ее компенсации.

Неужели обман? Попробуем разобраться с помощью основ электротехники и действующих промышленных компенсаторов электроэнергии, работающих на предприятиях энергетики.

Принципы электроснабжения

Рассмотрим типовую схему подключения к генератору переменного напряжения потребителей электричества, как маленький аналог питающей электросети квартиры. Для наглядности его характеристик индуктивности, емкости и активной нагрузки показаны обмотка трансформатора, конденсатор и ТЭН. Будем считать, что они работают в установившемся режиме при прохождении по всему контуру тока одной величины I.

Электрическая схема (для увеличения нажмите на рисунок):

Здесь энергия генератора с напряжением U распределится составными частями на:

обмотку индуктивности UL;

обкладки конденсатора UC;

активное сопротивление ТЭН UR.

Если представить рассматриваемые величины векторной формой и выполнить их геометрическое сложение в полярной системе координат, то получится обыкновенный треугольник напряжений, в котором величина активной составляющей UR по направлению совпадает с вектором тока.

UХ образован сложением падений напряжений на обмотке индуктивности UL и обкладках конденсатора UС. Причем это действие учитывает их направление.

В итоге получилось, что вектор напряжения генератора U отклонен от направления тока I на угол φ.

Еще раз обратите внимание на то, что ток в цепи I не меняется, он одинаков на всех участках. Поэтому разделим составляющие треугольника напряжений на величину I. На основании закона Ома получим треугольник сопротивлений.

Общее сопротивление индуктивности XL и емкости ХС принято называть термином «реактивное сопротивление» Х. Приложенное к клеммам генератора полное сопротивление нашей цепи Z состоит из суммы активного сопротивления ТЭН R и реактивного значения Х.

Выполним другое действие — умножение векторов треугольника напряжений на I. В итоге преобразований формируется треугольник мощностей. Активная и реактивная мощность у него создают полную приложенную величину. Суммарная энергия, выдаваемая генератором S, расходуется на активную Р и реактивную Q составляющие.

Активная часть расходуется потребителями, а реактивная выделяется при магнитных и электрических преобразованиях. Емкостные и индуктивные мощности потребителями не используются, но нагружают токопроводы с генераторами.

Внимание! Во всех 3-х прямоугольных треугольниках сохраняются пропорции между сторонами, а угол φ не меняется.

Теперь будем разбираться, как проявляется реактивная энергия и почему счетчики бытовые ее не учитывали.

Что такое компенсация реактивной мощности в промышленности?

В энергетике страны, а более точно — государств целого континента, производством электричества занято огромнейшее число генераторов. Среди них встречаются как простые самодельные конструкции мастеров-энтузиастов, так и мощнейшие промышленные установки ГЭС и атомных станций.

Вся их энергия суммируется, трансформируется и распределяется конечному потребителю по сложнейшим технологиям и транспортным магистралям на огромные расстояния. При таком способе передачи электрический ток проходит через большое количество индуктивностей в виде обмоток трансформаторов/автотрансформаторов, реакторов, заградителей и других устройств, создающих индуктивную нагрузку.

Воздушные провода, а особенно кабели, создают в цепи емкостную составляющую. Ее величину добавляют различные конденсаторные установки. Металл проводов, по которым протекает ток, обладает активным сопротивлением.

Таким образом, сложнейшая энергетическая система может быть упрощена до рассмотренной нами схемы из генератора, индуктивности, активной нагрузки и емкости. Только ее необходимо еще объединить в три фазы.

Задача энергетики — дать потребителю качественное электричество. Применительно к конечному объекту это подразумевает подачу на вводной щиток электроэнергии напряжением 220/380 В, частотой 50 Гц с отсутствием помех и реактивных составляющих. Все отклонения этих величин ограничены требованиями ГОСТ.

При этом потребителя интересует не реактивная составляющая Q, создающая дополнительные потери, а получение активной мощности Р, которая совершает полезную работу. Для характеристики качества электричества пользуются безразмерным отношением Р к приложенной энергии S, для чего применяется косинус угла φ. Активную мощность Р учитывают все бытовые электрические счетчики.

Устройства компенсации электрической мощности приводят в норму электроэнергию для распределения между потребителями, уменьшают до нормы реактивные составляющие. При этом также осуществляется «выравнивание» синусоид фаз, в которых убираются частотные помехи, сглаживаются последствия переходных процессов при коммутациях схем, нормализуется частота.

Промышленные компенсаторы реактивной мощности устанавливаются после вводов трансформаторных подстанций перед распределительными устройствами: через них пропускается полная мощность электроустановки. Как пример, смотрите фрагмент однолинейной электросхемы подстанции в сети 10 кВ, где компенсатор принимает токи от АТ и только после его обработки электричество поступает дальше, а нагрузка на источники энергии и соединительные провода уменьшается.

Промышленные компенсаторы электроэнергии в сети 10 кВ:

Вернемся на мгновение к прибору «Saving Box» и зададим вопрос: как он может компенсировать мощности при расположении в конечной розетке, а не на вводе в квартиру перед счетчиком?

Смотрите на фото, как внушительно выглядят промышленные компенсаторы. Они могут создаваться и работать на разной элементной базе. Их функции:

плавное регулирование реактивной составляющей с быстродействующей разгрузкой оборудования от перетоков мощностей и снижения потерь энергии;

повышение динамической и статистической устойчивости схемы.

Выполнение этих задач обеспечивает надежность электроснабжения и уменьшение затрат на конструкцию тоководов нормализацией температурных режимов.

Что такое компенсация реактивной мощности в квартире?

Электроприборы домашней электрической сети также обладают индуктивным, емкостным и активным сопротивлением. Для них справедливы все соотношения рассмотренных выше треугольников, в которых присутствуют реактивные составляющие.

Только следует понимать, что они создаются при прохождении тока (учитываемого счетчиком, кстати) по уже подключенной в сеть нагрузке. Генерируемые индуктивные и емкостные напряжения создают соответствующие реактивные составляющие мощности в этой же квартире, дополнительно нагружают электропроводку.

Их величину никак не учитывает старый индукционный счетчик. А вот отдельные статические модели учета способны ее фиксировать. Это позволяет точнее анализировать ситуацию с токовыми нагрузками и термическим воздействием на изоляцию при работе большого количества электродвигателей. Емкостное напряжение, создаваемое бытовыми приборами, очень маленькое, как и ее реактивная энергия и счетчики ее часто не показывают.

Компенсация реактивной составляющей в таком случае заключается в подключении конденсаторных установок, «гасящих» индуктивную мощность. Они должны подключаться только в нужный момент на определенный промежуток времени и иметь свои коммутационные контакты.

Такие компенсаторы реактивной мощности имеют значительные габариты и подходят больше для производственных целей, часто работают с комплектом автоматики. Они никак не снижают потребление активной мощности, не могут сократить оплату электроэнергии.

Рекламируемый чудо-прибор «Saving Box» и другие аналогичные устройства не имеет ничего общего с подобными конструкциями. Как устройство для экономии электроэнергии он работать не может.

Заключение

Заявленные производителем возможности и технические характеристики «Saving Box» не соответствуют действительности, используются для рекламы, построенной на обмане.

Обществу защиты прав потребителей и правоохранительным органам давно пора принять меры к прекращению продаж в стране некачественной продукции хотя бы через государственные каналы информации.

Потребляемая активная и реактивная мощность в квартире может быть снижена при выполнении простых рекомендаций, изложенных в статье: «Как экономить электроэнергию в квартире и частном доме».

Читать еще:  Как вычислить квадратуру пола в помещении любой формы.

Эффективность устройств компенсации реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности в сети предприятия — расчет эффективности

Приемники и преобразователи электроэнергии, имеющие в конструкции обмотки (электродвигатели, трансформаторы и др.), потребляют не только активную мощность, но и реактивную. При передаче по элементам системы электроснабжения реактивной мощности (РМ), объективно необходимой для преобразования электроэнергии, в них возникают потери активной мощности, за которые расплачивается предприятие-потребитель. Альтернативой дополнительной плате за электроэнергию является установка в сети предприятия источников реактивной мощности (ИРМ).

Компенсация реактивной мощности в сети потребителя позволяет:
  • снизить плату поставщику за потребленную электроэнергию;
  • уменьшить токовые нагрузки элементов системы электроснабжения (кабельных и воздушных линий, трансформаторов), обеспечив возможность расширения производства;
  • улучшить качество электроэнергии за счет уменьшения отклонений напряжения от номинального значения.
Cинхронные электродвигатели для компенсации реактивных нагрузок.

На большинстве промышленных предприятий компенсация реактивных нагрузок может осуществляться за счет перевозбуждения имеющихся синхронных электродвигателей (СД) напряжением 6-10 кВ или путем размещения в сети конденсаторных установок высокого (ВКБ) и низкого (НКБ) напряжения.

Зависимость стоимости годовых потерь электроэнергии в СД Зс, вызванных генерацией ими РМ Qс , является квадратичной функцией:

З и З — коэффициенты, определяемые параметрами СД и стоимостью электроэнергии.

Из (1) следует, что потери электроэнергии в СД, обусловленные генерацией ими РМ, минимальны при работе двигателей с небольшим потреблением РМ. Рост выработки РМ сопровождается резким ростом потерь электроэнергии, греющих прежде всего ротор СД. Исследования показывают, что использование низковольтных СД любой мощности, а также высоковольтных СД мощностью ниже 1600 кВт неэкономично.

Следует заметить, что даже при избыточной РМ мощных высоковольтных СД и генераторов собственных станций, позволяющей соблюсти договорные параметры с поставщиком электроэнергии, предприятие не застраховано от неоправданных потерь последней. Замечание характерно для нефтехимических предприятий, обладающих протяженными сетями напряжением 6 кВ и большим числом маломощных понижающих трансформаторов 6/0,4 кВ.

Конденсаторные установки для компенсации реактивных нагрузок.

Конденсаторные установки — более распространенный источник РМ. Более распространены в качестве ИРМ конденсаторные установки. Мощность конденсатора пропорциональна его емкости и квадрату напряжения, поэтому удельная стоимость ВКБ оказывается примерно вдвое меньшей, чем НКБ. Однако постоянная составляющая затрат для ВКБ оказывается выше за счет большей стоимости подключения к сети. Это обуславливает наличие экономических интервалов применения ВКБ и НКБ (рис.1).

Эффективность использования конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности

Затраты на генерацию РМ Q с помощью ВКБ ЗВ и НКБ ЗН являются линейной функцией мощности:

З и З — постоянные составляющие затрат, зависящие от стоимости подключения КБ и устройств регулирования мощности, руб./год;

З и З — удельные затраты на КБ, зависящие от стоимости КБ, потерь активной мощности в них и от напряжения в узле подключения, руб./квар*год.

Из рис.1 следует, что при необходимости компенсации РМ величиной до QВН следует отдавать предпочтение НКБ, при больших значениях — ВКБ. Например, для предприятия в Самарской области, работающего в две смены и оплачивающего электроэнергию по двухставочному тарифу (С0 = 3839 из табл. на стр. 14), граничное значение QВН = 560 кВАр.

Оно определено для следующих условий:

  • сравнивались регулируемые НКБ типа КРМ-0,4 мощностью 150-600 квар и нерегулируемые ВКБ типа КРМ-10 мощностью 450-3150 квар
  • стоимость ячейки для подключения ВКБ принята равной 100000 руб.,
  • суммарный коэффициент отчислений от капитальных вложений – 0,2,
  • потери активной мощности для ВКБ-2,5 Вт/кВАр,
  • для НКБ — 4,5 Вт/квар (з0В=29000; з1В=41,1; з0Н=0; з1Н=92,9).

Следует отметить, что значение QВН = 560 квар получено без учета размещения ВКБ и НКБ в сети предприятия. Между точками их подключения, как правило, находятся понижающий трансформатор и питающая его линия (рис. 2).

Подключение конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности

В варианте с ВКБ необходимо учитывать затраты, обусловленные дополнительными потерями электроэнергии, вызванными передачей РМ QВ через трансформатор и линию.Функция данных затрат имеет квадратичный характер и зависит от активных сопротивлений трансформатора и линии. Дополнительные затраты увеличивают стоимость варианта с ВКБ (пунктир на рис. 1) и соответственно значение QВН.

Если для условий предыдущего примера принять мощность трансформатора 1000 кВ·А, то дополнительные удельные затраты на передачу РМ составят 0,0422 руб./квар·год, что делает предпочтительным вариант установки НКБ при любой ее мощности, независимо от параметров линии. В целом задача выбора оптимального варианта размещения ИРМ в сети промышленного предприятия достаточно сложна, и результат ее решения определяется конкретным набором технико-экономических параметров сети и ИРМ, а также стоимостью электроэнергии.

Экономию электроэнергии и срок окупаемости при применении конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности можно рассчитать.

Приближенную оценку значений годовой экономии электроэнергии ΔЭ от установки ИРМ мощностью QКУ и срока его окупаемости ТОК можно получить, используя так называемый экономический эквивалент РМ К, который ориентировочно равен 0,02 при питании генераторным напряжением, а также 0,05, 0,08 или 0,12 при питании через одну, две или три ступени трансформации, соответственно:

ККУ — стоимость конденсаторной установки в рублях;

Сср — из таблицы (для одноставочного тарифа принимается равным c).

Например, для НКБ мощностью 400 квар, стоимостью 160000 рублей для предприятия с одной ступенью трансформации годовая экономия энергии и срок окупаемости составят:

Для того же предприятия, работающего в три смены, срок окупаемости составит 1,2 года.

Для нашего примера (рис.2) определим дополнительные потери активной мощности ΔР в трансформаторе и кабельной линии длиной 400 м сечением 50 мм2.

Допустим, до установки НКБ трансформатор имел нагрузки

коэффициент загрузки КЗ1=0,86.

После установки НКБ

Ток трансформатора и линии:

Дополнительные потери мощности в кабеле:

Дополнительные потери мощности в трансформаторе ΔРт зависят от его нагрузочных (ΔРКз) потерь:

Суммарные потери мощности:

Увеличение пропускной способности трансформатора и кабеля можно учесть соответствующими долями их стоимости.

Для трансформатора ТСЗ:

Для кабеля с длительно допустимым током IД=130А:

Данная оценка дает пессимистичный срок окупаемости, который реально оказывается меньшим за счет:

  • уменьшения потерь электроэнергии в неучтенных элементах сети, например, в трансформаторе ГПП;
  • устранения возможных надбавок к тарифу на электроэнергию за потребление РМ, превышающее договорные значения;
  • улучшения качества электроэнергии (увеличение срока службы ламп, сокращение потерь мощности в асинхронных двигателях и др.);
  • повышения за время окупаемости тарифа на электроэнергию.
Стоимость электроэнергии без конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности

Срок окупаемости, полученный по выражениям (2) и (3), можно считать оптимистичным. Применение регулируемых ИРМ не только снижает неоправданные потери электроэнергии за счет устранения перекомпенсации реактивных нагрузок в сети, но и способствует экономичному режиму работы электроприемников.

Местное регулирование напряжения с помощью ИРМ оказывается эффективным только для НКБ, включаемых за большим индуктивным сопротивлением понижающих трансформаторов. Так, для изменения напряжения на один процент от номинального значения необходимо за трансформатором 1000 кВ·А изменить РМ на 180 квар, за трансформатором 1600 кВ·А — 240 квар, за кабельной линией 0,38 кВ длиной 100 м — 240 квар, за кабельной линией 10 кВ длиной 1000 м — 12500 квар.

Параметры регулируемой НКБ — количество и мощность ступеней регулирования, мощность нерегулируемой части — определяются суточным графиком потребления РМ. Таким образом, приведенные инженерные методики помогут энергетикам предприятий оценить в первом приближении эффективность одного из самых распространенных энергосберегающих мероприятий — компенсации реактивной мощности.

Компенсация реактивной мощности для экономии электроэнергии

На сегодняшний день свою популярность набирает компенсация реактивной мощности для экономии электроэнергии. Многие пользователи еще не знают преимуществ экономии с помощью компенсации реактивной мощности. Экономия электрики с помощью компенсации реактивной мощности предполагает в себе разгрузку электрической сети. Для организации экономии вам необходимо будет установить в своем доме специальные станции, которые будут компенсировать энергию. Иногда также может возникнуть проблема, что компенсация реактивной мощности не принесет вам значительных результатов.

Компенсация реактивной мощности

Довольно часто многие пользователи сталкиваются с тем, что платить меньше не стало. Именно поэтому необходимо обратиться к своему поставщику оборудования. В этом случае вам могут сказать, что загруженный трансформатор имеет низкий косинус фи. Это наиболее актуальная и распространенная проблема, с которой сталкиваются многие. Именно эта причина и становится основой того, что даже если компенсация реактивной энергии выполняется правильно, то платить все равно нужно будет значительно дороже.

Для того чтобы быстро справиться и решить эту проблему вам необходимо перевести учет потребления электроэнергии на низкую сторону. Если вас не устраивает этот вариант, тогда вам придется компенсировать свой низкий косинус на высокой стороне прибора. Это достаточно дорогой процесс и поэтому выбора просто не остается. Если у вас нет возможности выполнить и этот вариант, тогда вам придется просто подключить все приборы к одному вводу. Благодаря этому вы сможете загрузить свой трансформатор.

Читать еще:  Полки в интерьере частного дома в японии

Компенсация реактивной мощности в этом случае будет проходить через специальные клеммы силового трансформатора. Эти конденсаторы смогут компенсировать реактивную мощность, которую выдает трансформатор. Вам необходимо помнить о том, что это решение сможет дать вам значительный результат в том случае, если вы постоянно будете нагружать свой трансформатор. Если этого не произойдет, тогда компенсация реактивной мощности будет бесполезна.

Если экономия электричества с помощью компенсации реактивной мощности у вас никак не получается, то необходимо установить датчик тока на высокой стороне. Это будет единственный выход из вашей ситуации. Благодаря этому датчику компенсация мощности точно должна будет получиться. Если вы смогли разобраться со всеми нюансами, тогда вы естественно зададите себе вопрос как же сэкономить еще больше. Выход из этой ситуации существует. Для этого необходимо будет внедрять новые технологии, которые будут работать на базе преобразовательной частоты. Вы сможете получить до 40% экономии электроэнергии, если внедрите специальный частотно-регулируемый электропривод.

Все приборы, которые вы будете устанавливать, необходимо регулярно проверять. Если этого не делать, то могут возникнуть значительные поломки.

Проблемы компенсации реактивной мощности из-за высших гармоник

На сегодняшний день практически любая выпрямительно-емкостная нагрузка способна генерировать высшие гармоники. При их обнаружении вам необходимо будет их подавлять. Способов как это сделать существует достаточно много. Этот прибор для экономии электроэнергии также может вызвать и проблемы. К основному из них относится установка силовых дросселей и активных фильтров. Без этих приборов компенсация реактивной мощности будет терять свою силу. Силовые дроссели вам необходимо будет установить в звене постоянного тока. Эти устройства будут эффективны только в том случае, когда мощность преобразовательной техники на данный момент будет составлять не более 20%. Если мощность будет больше, тогда вам необходимо будет использовать специальные фильтры гармоник.

На сегодняшний день особого внимания заслуживают специальные активные фильтры. В последнее время они все чаще используются на предприятиях. При необходимости вы легко можете запрограммировать их на подавление гармоники. В последнее время многие просто перестали бороться с высокими гармониками. Именно из-за этого компенсация реактивной мощности теперь будет не такой значительной.

Когда речь зайдет о погрешности в измерениях, то для их быстрой нейтрализации вам может потребоваться использование некоторых приборов. На сегодняшний день на рынке продукции вы точно сможете найти то, что вам необходимо. Если этого не сделать, тогда практически всегда ваши данные будут изменены. К показателям коммерческого счетчика вам необходимо будет подключить специальные регуляторы напряжения. Они позволяют выполнять качественные замеры. Тогда компенсация реактивной мощности точно будет действительной.

Энергосбережение при компенсации реактивной мощности у потребителей

Статья подготовлена редакцией бюллетеня «ЭНЕРГОСОВЕТ»

Введение

В зависимости от вида используемого оборудования нагрузка бывает следующая: активная, индуктивная и емкостная. Потребитель в повседневной практике обычно включает в работу лампы накаливания, электронагреватели и т.д. (активная нагрузка) и электродвигатели, распределительные трансформаторы, люминесцентные лампы и т.д. (индуктивная нагрузка).

Активная составляющая мощности полезно используется, превращаясь в механическую, световую и другие виды энергии. Реактивная составляющая мощности не выполняет полезной работы, она служит для создания магнитных полей в индуктивных приемниках, при этом электроэнергия, запасаемая в каждом индуктивном элементе, распространяется по сети, не рассеиваясь в активных элементах, а совершая колебательные движения (от нагрузки к генератору и обратно).

Показателем потребления реактивной мощности Q является коэффициент мощности cosφ=P/S, который показывает соотношение активной мощности Р и полной мощности S. Полная мощность, в свою очередь, это .

Для чего нужна компенсация реактивной мощности в распределительных электрических сетях

Активная мощность вырабатывается только генераторами электрических станций. Реактивная мощность вырабатывается генераторами электрических станций (синхронными двигателями станций в режиме перевозбуждения), а также компенсирующими устройствами (например, батареями конденсаторов).

Передача реактивной мощности от генераторов по электрической сети к потребителям (индукционным приемникам энергии) вызывает в сети затраты активной мощности в виде потерь и дополнительно загружает элементы электрической сети, снижая их общую пропускную способность.

Так, например, генератор с номинальной мощностью 1250 кВА при номинальном коэффициенте мощности cosφ=0,8 может отдать потребителю активную мощность, равную 1250×0,8=1000 кВт. Если генератор будет работать с соsφ=0,6, то в сеть будет отдаваться активная мощность равная 1250×0,6=750 кВт (активная мощность недоиспользуется на четверть).

Поэтому, как правило, увеличение выдачи реактивной мощности генераторами станций с целью доставки ее потребителям нецелесообразно. Наибольший экономический эффект достигается при размещении компенсирующих устройств (генерации реактивной мощности) вблизи потребляющих реактивную мощность индукционных приемников энергии.

Индукционные приемники энергии или потребители реактивной мощности

  • Трансформатор. Он является одним из основных звеньев в передаче электроэнергии от источника электрической энергии до потребителя и предназначен для преобразования посредством электромагнитной индукции системы переменного тока одного напряжения в систему переменного тока другого напряжения при неизменной частоте и без существенных потерь мощности.
  • Асинхронный двигатель. Асинхронные двигатели наряду с активной мощностью потребляют до 65% реактивной мощности энергосистемы.
  • Индукционные печи. Это крупные электроприемники, требующие для своего действия большое количество реактивной мощности. Индукционные печи промышленной частоты часто используются для плавки металлов.
  • Преобразовательные установки, преобразующие переменный ток в постоянный при помощи выпрямителей. Данные установки широко применяются на промышленных предприятиях и железнодорожном транспорте, использующем постоянный ток.
  • Социально-бытовая сфера. Увеличение числа различных электроприводов, стабилизирующих и преобразовательных устройств, применение полупроводниковых преобразователей приводит к росту потребляемой реактивной мощности, а это, в свою очередь, влияет на работу других электроприемников, сокращает срок их службы, создает дополнительные потери электроэнергии. Современные люминесцентные светильники, которые все шире применяются в квартирах и офисах, также являются потребителями реактивной мощности.

К чему приводит отсутствие компенсации реактивной мощности у абонентов

  • У трансформаторов при уменьшении cosφ уменьшается пропускная способность по активной мощности вследствие увеличения реактивной нагрузки.
  • Увеличение полной мощности при снижении cosφ приводит к возрастанию тока и, следовательно, потерям мощности, которые пропорциональны квадрату тока.
  • Увеличение тока требует повышения сечений проводов и кабелей, растут капитальные затраты на электрические сети.
  • Увеличение тока при снижении cosφ ведет к увеличению потери напряжения во всех звеньях энергосистемы, что вызывает понижение напряжения у потребителей.
  • На промышленных предприятиях понижение напряжения нарушает нормальную работу электроприемников. Снижается частота вращения электродвигателей, что приводит к снижению производительности рабочих машин, уменьшается производительность электрических печей, ухудшается качество сварки, снижается световой поток ламп, уменьшается пропускная способность заводских электрических сетей, а как итог — ухудшается качество продукции.

Оборудование для решения проблем компенсации реактивной мощности у потребителей

Компенсировать реактивную мощность возможно синхронными компенсаторами, косинусными конденсаторами (конденсаторными установками) (рис.), шунтирующими реакторами, фильтрами высших гармоник, статическими тиристорными компенсаторами. Применение оборудования для компенсации реактивной мощности полностью зависит от места и цели его установки.

Конденсаторные батареи предназначены для выдачи реактивной мощности в систему. Снижение перетоков реактивной мощности от генератора к нагрузке в сети приводит к снижению потерь активной энергии, снижению потерь напряжения.

Статические тиристорные компенсаторы могут работать как на выдачу, так и на потребление реактивной мощности. В электрических сетях они требуются для оптимизации режимов работы с целью повышения пропускной способности и устойчивости линий электропередачи, стабилизации напряжения в узлах нагрузки, уменьшения потерь электроэнергии и повышения ее качества.

Шунтирующие реакторы используются для компенсации емкостной реактивной мощности, генерируемой протяженными слабонагруженными линиями передач.

Фильтрокомпенсирующие устройства предназначены для снижения гармонических искажений напряжения и компенсации реактивной мощности нагрузок потребителей в сетях электроснабжения промышленных предприятий и в электрических сетях.

Синхронный компенсатор представляет собой синхронную машину, работающую в режиме двигателя без активной нагрузки и генерирующую в сеть реактивную мощность. Синхронные компенсаторы применяют для регулирования энергетических систем, для поддержания напряжения, снижения потерь электроэнергии в сетях, увеличения пропускной способности и обеспечения устойчивости энергосистем.

Выводы

При проведении мероприятий по энергосбережению должны рассматриваться механизмы компенсации реактивной мощности непосредственно в индукционных приемниках энергии или у потребителей, потому что реактивная мощность, как и активная, учитывается в тарифе за электроэнергию, за рост ее потребления платит абонент.

В распределительных сетях коммунально-бытовых потребителей, содержащих преимущественно однофазную нагрузку, устройства компенсации реактивной мощности применяются крайне редко, но расход электроэнергии в жилом секторе увеличивается, поэтому рассмотрение установки устройств компенсации у таких абонентов становится актуальной темой.

Посмотреть данную технологию более подробно,
Вы можете в Каталоге энергосберегающих технологий

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector