В настоящее время экономия энергетических ресурсов является одной из важнейших задач.
Элементы системы электроснабжения и электроприемники переменного тока, обладающие индуктивностью, потребляют наряду с активной и реактивной мощность, необходимую для создания электромагнитного поля. [1]
К таким элементам можно отнести электродвигатели, трансформаторы, преобразователи напряжения, линии электропередач, лампы накаливания и т. д.
Передача реактивной мощности негативно сказывается на работе энергосистемы в целом. В частности, это влияет на пропускную способность линий электропередач, трансформаторов и т. д.
Таким образом, реактивная мощность — часть полной мощности, затрачиваемая на электромагнитные процессы в нагрузке, имеющей емкостную и индуктивную составляющие. Не выполняет полезной работы, вызывает дополнительный нагрев проводников и требует применения источника энергии повышенной мощности. [2]
Из-за реактивной мощности появляются дополнительные потери активной мощности и напряжения, что напрямую ведет к увеличению денежных затрат. Следовательно, на этапе проектирования необходимо учесть наличие реактивной мощности и предпринять всевозможные меры для оптимизации значения данного параметра.
В настоящее время проблемы компенсации реактивной мощности прекрасно решаются при помощи различных компенсационных установок (УКРМ).
При использовании местных источников реактивной мощности осуществляется:
– Повышается пропускная способность элементов системы электроснабжения
– Снижаются потери мощности
– Снижаются потери энергии
– Повышаются уровни напряжения
Основными средствами компенсации реактивной мощности на промышленных предприятиях являются конденсаторные установки (КУ) и высоковольтные синхронные двигатели.
Конденсаторной установкой называется электроустановка, состоящая из конденсаторов, относящегося к ним вспомогательного электрооборудования (выключателей, разъединителей, разрядных резисторов, устройств регулирования, защиты и т. п.) и ошиновки. Конденсаторная установка может состоять из одной или нескольких конденсаторных батарей или из одного или нескольких отдельно установленных единичных конденсаторов, присоединенных к сети через коммутационные аппараты. [3] ПУЭ 7.
Важным элементом конструкции установки компенсации реактивной мощности являются контакторы. Их основной функцией является включение и отключение конденсаторной батареи.
На промышленных предприятиях применяются конденсаторные батареи напряжением до 1 кВ и 6,3–10,5 кВ.
Конденсаторные установки имеют следующие преимущества:
– малые удельные потери активной мощности;
– не имеют в конструкции вращающихся частей;
– просты в монтаже и эксплуатации;
– экономически выгодны
– имеют возможность подбора любой необходимой мощности компенсации;
– бесшумны;
Компенсация реактивной мощности может производиться индивидуальным, групповым и централизованным способом.
При индивидуальном способе мощность компенсируется только в месте её возникновения (происходит разгрузка подводящих проводов отдельных электроприемников).
Компенсация при групповом способе похожа за индивидуальный, но используется для группы электроприемников. Так же происходит разгрузка подводящих проводов, но мощность на отдельных элементах группы уже не компенсируется.
Централизованная компенсация производится в больших энергосистемах. Управление выполняется на основе анализа изменяющейся нагрузки. [2]
Место установки конденсаторной установки необходимо выбирать для каждого случая индивидуально. Необходимо грамотно выбрать конденсаторную установку (или несколько конденсаторных ветвей) учитывая её стоимость и способность разгрузки энергосистемы.
Компенсационная установка состоит из отдельных модулей, которые расположены в шкафах. При конструировании данных шкафов необходимо учитывать, что каждый элемент должен быть заменен таким же элементом установки. Вся сборка производится на заводах, а непосредственно на месте подключения конденсаторной установки производится монтаж и подключения в электросети. Чаще всего в сети не большой мощности используются установки, которые монтируются на стены, при этом при подключении в первую очередь необходимо соблюдать правила устройства электроустановок.
Конденсаторные установки приобрели широкое применение за счет своей экономичности.
В зависимости от реализуемых задач можно выделить различные типы конденсаторных установок:
– Регулируемые конденсаторные установки КРМ (АУКРМ)
– Нерегулируемые конденсаторные установки КРМ (УКРМ)
– Тиристорные конденсаторные установки КРМТ (АУКРМТ)
Регулируемые конденсаторные установки идеально подходят в тех случаях, когда реактивная мощность полностью известна. В таком случае компенсацию производят индивидуальным способом.
Нерегулируемые конденсаторные установки оптимальны для электрических двигателей (преимущественно асинхронных), трансформаторов, промышленного оборудования, а также кондиционеров и насосов.
Автоматические конденсаторные установки чаще всего используют для групповой компенсации, где имеется большое количество разнообразных источников реактивной мощности. В зависимости от реактивной нагрузки включается определенное количество установок компенсации.
В отдельную группу можно отнести тиристорные конденсаторные установки КРМТ. Их используют, когда необходима компенсация в сети, где реактивная нагрузка резкопеременная.
Преимущества тиристорных конденсаторных установок:
– Быстродействие;
– Время повторного включения минимально;
– Снижение потерь в электролиниях и трансформаторах;
– Предотвращение падения напряжения;
Так как тиристорная конденсаторная установка компенсирует реактивную мощность практически мгновенно, то силовой трансформатор работает на активную нагрузку, что увеличивает его срок службы. Статические тиристорные контакторы не имеют ограничений по числу коммутаций. [2]
Тиристорные конденсаторные установки нашли свое применение на объектах лифтового хозяйства, плавильных заводов, промышленных химических заводов, целлюлозных фабриках. А также используются для крановых установок, аппаратов сварки, компрессорных установок, в робототехнике.
В настоящее время наблюдается увеличение количества нелинейных нагрузок на различных предприятиях. К таким нагрузкам можно отнести инверторные привода, блоки питания, электроустановки с фазным управлением и т. д. Нелинейная нагрузка в свою очередь приводит к повышению высших гармоник напряжения сети а, следовательно, к изменению угла сдвига между фазами. Для уменьшения уровня гармоник и стабилизации напряжения сети вместе с тиристорными конденсаторными установками необходимо применять систем непрерывной динамической компенсации.
Одним из преимуществ тиристорных компенсаторов является их бесшумность, что позволяет их применять на объектах, для которых данный критерий важен — это гостиницы, супермаркеты, больницы, банки, жилые и офисные дома.
Но в сети не всегда присутствует синусоидальная составляющая напряжения. При появлении высших гармоник конденсаторные установки необходимо защитить. Для этого применяют различные фильтрующие устройства, чаще всего дроссели.
Одним из значимых преимуществ использования конденсаторных установок является возможность автоматического контроля изменения реактивной мощности нагрузки в электросети и регулирование коэффициента мощности до положенных значений. [2]
В итоге конденсаторные установки снижают загрузку трансформаторов, обеспечивают питание электроприемников по кабелю меньшего сечения, позволяют подключить дополнительную нагрузку за счет разгрузки сети, позволяет предотвратить просадку напряжения для удаленных потребителей, исключает появления перенапряжений, обеспечивают пусть и остановку электрического двигателя и т. д.
Таким образом, можно сделать вывод, что в настоящее время применение установок компенсации реактивной мощности является неотъемлемой частью процесса передачи электроэнергии. Чаще всего для этих целей используются конденсаторные установки, хотя существуют и тиристорные установки которые не уступают конденсаторным в функциональности.
С развитием науки будет появляться все больше способов компенсации реактивной мощности.
Литература:
- Проектирование систем электроснабжения В. Н. Радкевич. Минск НПООО «Пион» 2001.
- https://www.nucon.ru/catalog/reguliruemye-i-nereguliruemye-kondensatornye-ustanovki-krm/
- Правила устройства электроустановок 7 издание.
