Компенсатор реактивной мощности: применение устройств УКРМ и условия электрической безопасности

Обновлено: 25.04.2024

Причинами потерь в электрических цепях является наличие в них индуктивности и ёмкостей, которые генерируют реактивные мощности. При этом полезную работу совершает только часть полной мощности — активная составляющая. Реактивная составляющая идёт на создание магнитных полей, нагрев проводки и увеличивает нагрузку на сеть. Для предотвращения потерь в сетях устанавливают компенсаторы реактивной мощности.

Полная мощность

В электросетях, где присутствует только активная нагрузка — за счет нагревательных приборов, электроосвещения, ток и напряжение изменяются с нулевым сдвигом по фазе. Вся мощность там активная и идёт в нагрузку. При использовании в сетях индуктивностей и ёмкостей появляется реактивная составляющая. Она характеризуется сдвигом по фазе между напряжением и током.

Сдвиг фаз означает, что существуют моменты, когда значения напряжения и тока имеют разную полярность, отрицательный ток при положительном напряжении и наоборот. В эти периоды мощность не используется для проведения полезной работы, а возвращается к источнику энергии. Полная мощность состоит из активной и реактивной составляющих. Коэффициент мощности (КМ) численно равен косинусу угла сдвига фаз между током и напряжением (cosφ). Он выражает отношение активной мощности к полной. При низком значении cosφ проявляются следующие факторы:

увеличиваются затраты на использование электроэнергии;
возрастает нагрузка на трансформаторы и уменьшается срок их эксплуатации;
увеличиваются тепловые потери;
происходит падение напряжения из-за наличия реактивной составляющей.

Наличие реактивной составляющей является неблагоприятным фактором для электрической сети и поэтому необходимо включать в сеть компенсаторы.

Компенсирующие устройства

Вид компенсирующего устройства зависит от того, какого рода составляющая возникает в сети. Если есть индукционная нагрузка, используются устройства компенсации реактивной мощности с применением конденсаторов. Если существует ёмкостная нагрузка, применяются дроссельные компенсаторы. Дроссель в электротехнике — это один из видов катушек индуктивности.

На предприятиях наиболее часто существует индукционная нагрузка, которая связана с наличием в технологических цепочках асинхронных двигателей, трансформаторов, электрических печей. Поэтому там применяются конденсаторные компенсирующие устройства реактивной мощности.

Главной целью конденсаторных устройств компенсации реактивной мощности в электрических сетях УКРМ является поддержание КМ сети в нормативном уровне, уменьшение перетоков реактивной составляющей, стабилизация напряжения. По месту установки УКРМ различаются следующие методы компенсации:

Централизованная компенсация с установкой УКРМ на стороне высокого напряжения 6—10 кВ. При этом разгружаются только расположенные выше трансформаторов участки сети. Потребительские установки остаются неразгруженными.
Установка УКРМ на шинах низкого напряжения 0,4 кВ. Обеспечивается разгрузка трансформаторов и сетей, расположенных выше. Это тоже вид централизованной компенсации. Потребительские сети остаются под реактивной нагрузкой.
Групповая компенсация, когда УКРМ присоединяются непосредственно к производственным шинам 0,4 кВ. Под реактивной нагрузкой остаются только сети, ведущие к отдельным потребителям.
Индивидуальная компенсация заключается в присоединении УКРМ непосредственно к потребляющим реактивную мощность установкам.

Конденсаторные установки позволяют улучшить условия энергопользования: понижают нагрузочный ток на 30—50%, увеличивают срок эксплуатации электрических приборов, уменьшают тепловые потери, снижают сетевые помехи, уменьшают несимметричность фаз, используют фильтры высших гармоник, делают сети более экономичными и снижают расходы на электроэнергию.

При выборе компенсирующего устройства учитываются характеристики оборудования, условия внешней среды и сложность управляющих процессов. В сетях 6—10 кВ используются следующие типы компенсации:

Нерегулируемый — состоит из нескольких ступеней, которые переключаются вручную при отсутствии нагрузочных токов.
Автоматический — осуществляется путём автоматического переключения ступеней, состоящих каждая из трёх конденсаторов, соединённых треугольником.
Динамический — для быстро изменяющихся нагрузок применяется электронный компенсатор реактивной составляющей.

Защита УКРМ

Для безопасной работы компенсаторных установок необходимо создание средств защиты и блокировок на случай непредвиденных ситуаций. Предусматриваются следующие меры:

Блокировки, защищающие от контакта с токоведущими частями.
Встроенный разъединитель, предотвращающий ток короткого замыкания.
Электрозащита от превышения нормативов по току, напряжению, перекоса по фазам.
Блокировки, предотвращающие неправильное включение коммутационных аппаратов УКРМ.
Применение выключателя для обесточивания установки при открывании дверей.

Нужно учитывать, что при отключении конденсаторов на их клеммах имеется опасное остаточное напряжение. Полная разрядка через разрядные сопротивления происходит через несколько минут.

Производить полную компенсацию, доводя cosφ до единицы, противопоказано. Это может привести к перекомпенсации. КМ должен иметь значения не выше 0,90—0,95. Мощность УКРМ определяется для каждого участка сети с учётом нагрузочных характеристик и типа компенсации.

Постоянно растущие объёмы потребления электроэнергии заставляют внимательнее относиться к её сбережению. Технический прогресс увеличивает потребности в энергетических ресурсах, а возможности генерации ограничены. Поэтому на первый план выходят технологии энергосбережения, и компенсаторы — это один из важных способов экономии.

Экономический эффект от применения этих установок большой. Уже на стадии проектирования можно закладывать уменьшенное сечение кабелей и экономить на их стоимости. А в процессе производства появляется экономия затрат на использование электроэнергии, которые достигают в отдельных регионах 50% от общей стоимости.

Как часто российские пользователи (домовладельцы и производственные предприятия) получают некачественную электроэнергию и переплачивают за энергоресурсы по причине неэффективности систем энергообеспечения? Практически всегда. И это несмотря на постановления Правительства РФ и приказы Минэнерго, которые вступили в силу более 10 лет назад. А проблема малой эффективности и повышения качества решается - достаточно установить устройство компенсации реактивной мощности с подходящими в конкретной ситуации характеристиками.

Что такое УКРМ

Устройство компенсации реактивной мощности - устройство, поглощающее «лишнее» электричество, не приносящее пользы.

Поток электричества с УКРМ и без установки

Чем мощнее энергопоток по кабелям, тем больше излишков остается из-за колебаний потоков. Результат: износ и перегрев проводов, нецелевые расходы электроэнергии (переплаты), при использовании мощного оборудования повышен риск поломки техники.

Группа «РУСЭЛТ» выпускает приборы для использования в промышленности. В зависимости от условий эксплуатации мы предлагаем различные модели устройств:

КРМ-0,4(от 20 до 1000 кВар) - используются для автоматического и ручного регулирования мощности;
КРМ-Ф (от 20 до 1000 кВар) кроме компенсации выполняют вторую немаловажную функцию - фильтрации;
КРМ-MINI (20, 30, 40 кВар) - управляемые устройства, компенсирующие мощность электричества в сетевых кабелях.

Приборы рассчитаны на промышленную эксплуатацию в умеренных климатических условиях. Полная работоспособность сохраняется в температурном диапазоне -40-+40°С, рекомендованная влажность до 80%.

Конструкция и принцип действия

Конструкция установки

Агрегат состоит из пяти функциональных блоков:

Батарей-конденсаторов, которые соединяются по схеме «треугольник» с разрядными резисторами.
Пускателей и дополнительной контактной группы, которые обеспечивают предварительный заряд конденсирующих батарей.
Предохранителей, минимизирующих риски поломок из-за резких скачков напряжения.
Разъединителя (в некоторых моделях автоматического выключателя).
Регулятора коэффициента мощности.

Компенсация реактивной мощности происходит по следующей схеме:

Измерительная система в электронном формате выполняет контроль реактивной и активной энергии (измеряет напряжение токов в сети).

Контроллер (регулятор) проводит замеры мощности, подключая или отключая конденсаторы по мере необходимости. На основании замеров и измерений показания сравниваются с эталонной величиной, при наличии отклонений от заданных параметров устройство переключает аппарат для обеспечения необходимого значения. Проще говоря, УКРМ обеспечивает снижение реактивной энергии при минимальном цикле переключений, чем повышает КПД энергоносителей и снижает риск неисправностей комплектующих электросетей.

Прибор регулярно измеряет расхождение фаз тока и напряжения и меняет свою емкость в зависимости от потребительской необходимости

Как установка помогает экономить деньги?

Установка КРМ, используется в промышленности, при эксплуатации в тандеме
с электродвигателями, которые и являются основными потребителями реактивной мощности. Если «полезная» энергия тратиться на работу мотора, то реактивная приводит к снижению его эксплуатационных преимуществ. например, увеличивается риск преждевременной поломки, чаще нужны остановки оборудования для охлаждения, что отражается на производительности предприятия.

Без УКРМ пользователь платит и за бесполезную энергию

Реактивная доля электричества «гоняется» по проводам, не принося пользы, а из-за ее избытка возникает перегрев, обеспечивается дополнительная нагрузка на сеть и оборудование. Итог: у пользователя двойная потеря - переплата за нецелевую электроэнергию и повышенный риск поломок электрооснащения. А потери и риски сводятся к минимуму без значительных трат - покупкой и установкой УКРМ, И чем больше мощность потребляемой энергии, тем больше выгод от использования компенсатора.

Выгоды использования

Повысить энергоэффективность энергоносителей, свести к нулю вероятность поломок промышленного оборудования помогает установка УКРМ. Причем этот вид компенсации экологичен, ни окружающей среде, ни здоровью человека не наносится какого-либо вреда. К преимуществам использования приборов потребители и специалисты относят:

увеличение полезной мощности (КПД электросетей и оборудования до 97%);
снижение количества фактически потребленной энергии на 20-30%;
увеличение стабильности уровня напряжения;
повышение срока безаварийной работы техники;
снижение расходов на коммунальные услуги (электроэнергию);
уменьшение пропускной способности в электросетях (минимизация риска перегрева и короткого замыкания).

Использование УКРМ в производстве позволяет избежать и таких расходов как штрафы со стороны органов госконтроля.

Компания «РУСЭЛТ» специализируется на производстве современной техники, которая помогает сократить энергетические затраты. Наша задача - удовлетворить запросы потребителей и предоставить устройства, на 100% соответствующие поставленным задачам. В ассортименте УКРМ различной функциональности, конструкции, типа работы, поэтому мы уверены - выбрать прибор с оптимальными характеристиками сможет каждый потребитель.

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

Понижение потребляемого нагрузочного тока на 30-50%.
Снижение составляющих элементов распределительной сети, увеличение их срока службы.
Повышение надежности и пропускной способности электрической сети.
Понижение тепловых потерь электрического тока.
Снижение воздействия высших гармоник.
Понижение несимметричности фаз, сглаживание сетевых помех.
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 -60 о С.

Модульный тип построения, способствует поэтапному наращиванию мощности УКРМ.

Защита конденсаторных установок

Для безопасной работы устройства предусмотрены защиты:

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

Достоинства устройства конденсаторной установки УКРМ

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

Типы УКРМ

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

Нерегулируемые установки, выполненные в модульном построении, состоящем из нескольких фиксированных ступеней,коммутация происходит в ручном режиме при отсутствии токов нагрузки.
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.
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.
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:

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.

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.

Читайте также: