Управление мощностью в системах электроснабжения

В статье рассмотрены проблемы неустойчивости электроснабжения, пути компенсации мощности электроснабжения, особенности установок реактивной мощности и возникающие проблемы установок.

Ключевые слова: электроэнергия, характеристики энергии, мощность энергии, электроснабжение, реактивная мощность.

Важнейшей задачей в электрических сетях является уменьшение потерь электроэнергии. Одним из способов энергосбережения является компенсация реактивной мощности (КРМ). Для повышения эффективности использования электрической энергии с целью минимизации потерь в условиях ограничений на максимальную потребляемую мощность большая роль отводится новым техническим средствам, позволяющим улучшить энергетические характеристики: повысить cos(φ) до заданных значений и уменьшить содержание гармоник в питающем напряжении. Одним из мероприятий по компенсации реактивной мощности является подключение к устройству с постоянной нагрузкой компенсирующего конденсатора соответствующей мощности, включаемого одновременно устройством. В остальных случаях рекомендуется использовать автоматические конденсаторные установки. Компенсацию реактивной мощности в полной мере можно отнести к энергосберегающим технологиям. Повышение cos(φ) позволяет уменьшить потребление из сети реактивной энергии и увеличить за счет разгрузки по мощности срок службы оборудования. Необходимо поддерживать сos (φ) в диапазоне 0,90,95 для того, чтобы избежать платежей за потребление реактивной мощности, снизить нагрузку на кабели и трансформаторы и в тоже время застраховаться от перекомпенсации, возможной при cos (φ) =0,97 и выше. Более того, при повышении сos (φ) от 0,9 до 0,99 полный ток уменьшается всего на 3 %, а мощность конденсаторной установки, необходимой для этого, увеличивается в 2 раза, ее стоимость в 1,5 раза, что экономически нецелесообразно [1]. Компенсация реактивной мощности может быть общей (централизованной) и индивидуальной. Индивидуальная компенсация — компенсация реактивной мощности каждой нагрузки отдельно (например, на клеммах двигателя). Индивидуальная компенсация — это наиболее простое техническое решение. Конденсатор подбирается по мощности и сos (φ) двигателя, поэтому реактивная мощность двигателя компенсируется постоянно в течение всего дня, сos (φ) достаточно высок. Дополнительное преимущество индивидуальной компенсации реактивной мощности заключается в том, что затраты на нее самые низкие. Общая (централизованная) компенсация — компенсация реактивной мощности с помощью одной конденсаторной установки, устанавливаемой на КТП или в составе главного распределительного щита (ГРЩ).

Индивидуальная компенсация становится очень дорогим решением при большом количестве оборудования и, соответственно, большом числе устанавливаемых конденсаторов. Большинство этих конденсаторов не будут задействованы долгий период времени. Индивидуальная компенсация наиболее эффективна, когда большая часть реактивной мощности генерируется небольшим числом нагрузок, потребляющих наибольшую мощность достаточно длительный период времени. Централизованная компенсация применяется там, где нагрузка перемещается между разными потребителями в течение дня [2]. При этом потребление реактивной мощности в течение дня меняется, поэтому использование автоматических конденсаторных установок предпочтительнее, чем нерегулируемых. Из-за постоянного роста тарифов на электроэнергию, компенсация реактивной мощности все чаще становится обычным явлением. В большинстве случаев стоимость оборудования по компенсации реактивной мощности окупается в течение нескольких месяцев. Можно назвать следующие технико-экономические преимущества установки конденсаторной батареи: уменьшение потерь в электрической сети и в трансформаторах, вследствие уменьшения потребляемого тока; уменьшение просадок напряжения в электрических линиях; уменьшение расчетной мощности системы. 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. Зачем внедрять системы КРМ?

Наличие в электросети реактивной мощности снижает качество электроэнергии, а именно: приводит к потерям мощности в электрических линиях, к перепадам напряжения в электрических линиях, необходимости завышения мощности силовых трансформаторов и сечения кабелей, просадкам напряжения в электросети. Также имеет место увеличение платы за электроэнергию, что само по себе является серьезной проблемой, которая приводит к дополнительным финансовым затратам. Применение установок компенсации реактивной мощности (УКРМ) позволяет снизить объем потребляемой реактивной мощности, добиться энергосбережения и экономического эффекта, а это в свою очередь дает возможность использования сэкономленных денежных средств на улучшение и обновление необходимого промышленного оборудования [1].

Проблемы, возникающие вследствие эксплуатации УКРМ:,

1.      Гармонические искажения. В сетях электроснабжения из-за нелинейности нагрузки возникают высшие гармоники, которые являются ключевой причиной выхода из строя «конденсаторных установок». Самыми опасными считаются —3-я; 5-я; 7-я; 9-я и 12-я высшие гармоники.
2.      Резонанс. Резонанс — явление, возникающее на определённой частоте, когда индуктивная и ёмкостная составляющие системы уравновешены, что позволяет энергии циркулировать между магнитным полем индуктивного элемента и электрическим полем конденсатора.
3.      Перекос фаз. Менее заметным, но немало важным фактором влияния на долговечность работы УКРМ является перекос фаз. Перекос фаз это несимметрия токов и напряжения, явление при котором амплитуды фазных напряжений 0A, 0B и 0C не равны между собой и сдвинуты друг относительно друга [2].

Прежде чем приступать к внедрению конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности на предприятии, а также фильтров гармоник необходимо провести всесторонние измерения параметров сети: активную реактивную, полную мощность, величину и уровни гармоник тока и напряжения, провалы и перенапряжения в линии, фликкеры.

1.                Бирюлин В. И., Хорошилов Н. В., Ларин О. М., Горлов А.Н Перспективы экономии электроэнергии в осветительных системах. Энергобезопасность и энергосбережение. 2010. № 3. С. 11–13.
2.                Сибиркин, Ю. Д. Технология энергосбережения. — Москва: Форум, 2012г. — 234с. 3. Примакова, Л.В., Энергосбережение в сфере ЖКХ. — Москва: Форум, 2011г. — 508с.