Компенсация реактивной мощности в электрических сетях предприятия

В последнее время в связи с ростом производства, увеличивается потребляемая мощность электроприемников, использующихся в основных и вспомогательных технологических процессах. Это происходит на фоне регулярного повышения стоимости энергоресурсов, вследствие чего, для снижения себестоимости выпускаемой продукции необходим форсированный переход к энергосберегающим технологиям и различным способам снижения потерь электрической мощности и электроэнергии.

В зависимости от вида используемого оборудования, нагрузка в электрических сетях подразделяется на активную и реактивную (индуктивную и емкостную), следовательно, из электрической сети происходит потребление как активной, так и реактивной энергии.

Активная преобразуется в полезную - механическую, тепловую и пр. энергии, а реактивная энергия не связана с выполнением полезной работы и расходуется на создание электромагнитных полей в асинхронных электродвигателях, трансформаторах, индукционных печах, сварочных трансформаторах, дросселях, осветительных приборах.

Показателем потребления реактивной мощности является коэффициент мощности (PF - power factor), показывающий соотношение активной мощности Р и полной мощности S, потребляемой электроприемником из сети:

PF = Р / S

В оптимальном режиме показатель должен стремиться к единице и соответствовать нормативным требованиям.

Потребление реактивной мощности приводит к таким отрицательным явлениям, как дополнительные потери в проводниках вследствие увеличения тока, завышение мощности трансформаторов и сечения кабелей, отклонение напряжения сети от номинала, перегрузке передающей электросети.

Значительное потребление реактивной мощности приводит к пониженным уровням напряжения, что крайне неблагоприятно для работы электродвигателей вследствие снижения вращающего момента.

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

Самым дешевым и одновременно самым эффективным средством повышения технико-экономических показателей электрических систем является компенсация реактивной мощности.

Наиболее распространенным средством компенсации реактивной мощности в промышленных электросетях является применение конденсаторных установок.

Для достижения оптимального коэффициента мощности наиболее эффективны автоматические установки, которые подключают необходимое количество конденсаторов в зависимости от реактивной нагрузки сети, а включение конденсаторов управляется микропроцессорным регулятором.

Автоматические конденсаторные установки обеспечивают среднесуточный PF не ниже 0,97; исключают генерацию реактивной энергии в сеть в часы минимальных нагрузок и делают возможным получение информации о параметрах и состоянии электрической сети.

Это дает возможность не только повысить коэффициент мощности (РЕ) до требуемой величины и уменьшить потери электроэнергии в элементах сети электроснабжения, но и является, наряду с другими мероприятиями, средством регулирования напряжения в различных точках сети и повышения качества электроэнергии.

Для многих предприятий вследствие ограниченной пропускной способности и повышенных потерь активной мощности в распределительной сети применение автоматических конденсаторных установок является необходимостью.

При проектировании средств компенсации реактивной мощности важно учитывать характер изменения нагрузки в электрических сетях предприятия.

Если для энергосистемы предприятия характерны значительные колебания реактивной мощности, целесообразно применять конденсаторные установки с автоматическим регулированием мощности.

На тех участках энергосистемы, где реактивные нагрузки в сети присутствуют практически постоянно, возможно размещение нерегулируемых, непрерывно действующих конденсаторных установок, которые значительно дешевле оборудования с автоматическим регулированием мощности.

Оптимальное по цене и эффективности решение достигается сочетанием нерегулируемых и автоматических конденсаторных установок, которые размещаются на участках электрических сетей с соответствующим режимом реактивной мощности.

По месту подключения различают следующие схемы компенсации:

При централизованной компенсации конденсаторная установка подсоединяется в трансформаторной подстанции. В результате от реактивной мощности разгружаются сети напряжением 6-10 кВ и трансформаторы на подстанции, а внутризаводские распределительные сети остаются неразгруженными.

Рис. 1. Централизованная компенсация

Централизованная компенсация

При групповой компенсации конденсаторные установки размещаются в цехах. При этом разгружаются и внутризаводские сети, но могут оставаться неразгруженными распределительные сети отдельных электроприемников.

Групповая компенсация

При индивидуальной компенсации конденсаторная установка подключается непосредственно к зажимам электроприемника.

Рис. 2. Групповая компенсация

Данное подключение является наиболее эффективным вследствие полной компенсации реактивной мощности распределенной сети электроприемника в момент его работы, но и самым дорогостоящим способом, так как во время простоя электроприемника конденсаторы также не используются.

Преимуществом индивидуальной компенсации является и то, что для конденсаторов используется то же коммутационное устройство, что и для электроприемника, а разрядным сопротивлением служит электроприемник, что позволяет предельно упростить как само устройство компенсации реактивной мощности, так и его обслуживание.

Индивидуальная компенсация

Снизить стоимость решения без потери качества можно также за счет гибкого сочетания централизованного, группового и индивидуального видов компенсации.

Рис. 3. Индивидуальная компенсация

По типу регуляторов компенсирующие установки делятся на:

• обычные (релейные) - в которых коммутация конденсаторов производится с помощью электромеханических реле;
• статические (тиристорные) - в которых применяются тиристорные ключи.

В статических установках коммутация конденсаторов происходит в момент нулевого напряжения, вследствие чего они приобретают по сравнению с обычными следующие преимущества:

• высокое быстродействие - до 14 коммутаций в секунду вместо одного в 5-20 секунд;
• малый уровень помех вследствие отсутствия бросков тока в момент коммутации;
• малый износ конденсаторов по той же причине;
• высокая надежность ключевой аппаратуры вследствие отсутствия механических частей;
• пониженные потери вследствие отсутствия разрядных резисторов.

При выборе установки определяют следующие характеристики:

• тип установки - обычный или статический;
• мощность - максимальная реактивная мощность, которая может быть скомпенсирована;
• шаг (ступень) компенсации - минимальная величина приращения, на которую изменяется емкость включенных конденсаторов;
• необходимость фильтрации гармоник.

Внедрение автоматизированной системы компенсации реактивной мощности позволит:

• снизить расходы на оплату электроэнергии на 3-5%;
• уменьшить потребление реактивной мощности;
• снизить затраты на эксплуатацию распределительных сетей;
• минимизировать потери активной мощности и энергии в элементах сети электроснабжения;
• повысить коэффициент мощности до требуемой величины;
• передать большую мощность через существующую кабельную сеть.
• оптимизировать режим работы электрических сетей;
• исключить генерацию реактивной энергии в сеть в часы минимальных нагрузок;
• разгрузить питающие линии электропередачи, трансформаторы и распределительные сети;
• обеспечить получение информации о параметрах и состоянии электрической сети;
• обеспечить автоматический контроль изменения реактивной мощности и других параметров сети.

В среднем система окупается в течение 8-18 месяцев.

Леонид Зильберглейт, технический директор
Антон Гаврилов, менеджер по маркетингу
Компания Энсис Технологии

***