Устройства компенсации реактивной мощности. Памятка по основным понятиям

Основной нагрузкой в промышленных электросетях являются асинхронные электродвигатели и распределительные трансформаторы. Эта индуктивная нагрузка в процессе работы является источником реактивной электроэнергии (реактивной мощности ), которая совершает колебательные движения между нагрузкой и источником (генератором), не связана с выполнением полезной работы, а расходуется на создание электромагнитных полей и создает дополнительную нагрузку на силовые линии питания. Поэтому очень важен компенсатор реактивной мощности.

Реактивная мощность характеризуется задержкой (в индуктивных элементах ток по фазе отстает от напряжения) между синусоидами фаз напряжения и тока сети. Показателем потребления реактивной мощности является коэффициент мощности (КМ), численно равный косинусу угла (ф) между током и напряжением. КМ потребителя определяется как отношение потребляемой активной мощности к полной, действительно взятой из сети, т.е.: cos(ф) = P/S. Этим коэффициентом принято характеризовать уровень реактивной мощности двигателей, генераторов и сети предприятия в целом. Чем ближе значение cos(ф) к единице, тем меньше доля взятой из сети реактивной мощности.

Пример: при cos(ф) = 1 для передачи 500 KW в сети переменного тока 400 V необходим ток значением 722 А. Для передачи той же активной мощности при коэффициенте cos(ф) = 0,6 значение тока повышается до 1203 А.

В результате этого:

• возникают дополнительные потери в проводниках вследствие увеличения тока;
• снижается пропускная способность распределительной сети;
• отклоняется напряжение сети от номинала (падение напряжения из-за увеличения реактивной составляющей тока питающей сети).

Все сказанное выше является основной причиной того, что предприятия электроснабжения требуют от потребителей снижения доли реактивной мощности в сети. Решением данной проблемы является компенсация реактивной мощности – важное и необходимое условие экономичного и надежного функционирования системы электроснабжения предприятия. Эту функцию выполняют , основными элементами которых являются конденсаторы .

Правильная компенсация позволяет:

• снизить общие расходы на электроэнергию;
• уменьшить нагрузку элементов распределительной сети (подводящих линий, трансформаторов и распределительных устройств), тем самым продлевая их срок службы;
• снизить тепловые потери тока и расходы на электроэнергию;
• снизить влияние высших гармоник;
• добиться большей надежности и экономичности распределительных сетей.

Кроме того, в существующих сетях

• исключить генерацию реактивной энергии в сеть в часы минимальной нагрузки;
• снизить расходы на ремонт и обновление парка электрооборудования;
• увеличить пропускную способность системы электроснабжения потребителя, что позволит подключить дополнительные нагрузки без увеличения стоимости сетей;
• обеспечить получение информации о параметрах и состоянии сети.

А во вновь создаваемых сетях - уменьшить мощность подстанций и сечения кабельных линий, что снизит их стоимость.

Зачем компенсировать реактивную мощность?

Реактивная мощность и энергия ухудшают показатели работы энергосистемы, то есть загрузка реактивными токами генераторов электростанций увеличивает расход топлива; увеличиваются потери в подводящих сетях и приемниках; увеличивается падение напряжения в сетях.

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.

Компенсация реактивной мощности, в настоящее время, является немаловажным фактором позволяющим решить вопрос энергосбережения практически на любом предприятии.

По оценкам отечественных и ведущих зарубежных специалистов, доля энергоресурсов, и в частности электроэнергии занимает величину порядка 30-40% в стоимости продукции. Это достаточно веский аргумент, чтобы руководителю со всей серьезностью подойти к анализу и аудиту энергопотребления и выработке методики компенсации реактивной мощности. Компенсация реактивной мощности – вот ключ к решению вопроса энергосбережения.

Основные потребители реактивной мощности:

• асинхронные электродвигатели, которые потребляют 40% всей мощности совместно с бытовыми и собственными нуждами;
• электрические печи 8%;
• преобразователи 10%;
• трансформаторы всех ступеней трансформации 35%;
• линии электропередач 7%.

В электрических машинах переменный магнитный поток связан с обмотками. Вследствие этого в обмотках при протекании переменного тока индуктируются реактивные э.д.с. обуславливающие сдвиг по фазе (fi) между напряжением и током. Этот сдвиг по фазе обычно увеличивается, а косинус фи уменьшается при малой нагрузке. Например, если косинус фи двигателей переменного тока при полной нагрузке составляет 0,75-0,80, то при малой нагрузке он уменьшится до 0,20-0,40.

Мало нагруженные трансформаторы также имеют низкий коэффициент мощности (косинус фи). Поэтому, применять компенсацию реактивной мощности, то результирующий косинус фи энергетической системы будет низок и ток нагрузки электрической, без компенсации реактивной мощности, будет увеличиваться при одной и той же потребляемой из сети активной мощности. Соответственно при компенсации реактивной мощности (применении автоматических конденсаторных установок КРМ) ток потребляемый из сети снижается, в зависимости от косинус фи на 30-50%, соответственно уменьшается нагрев проводящих проводов и старение изоляции.

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

Наиболее действенным и эффективным способом снижения потребляемой из сети реактивной мощности является применение установок компенсации реактивной мощности (конденсаторных установок).

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.

продольная и поперечная компенсация реактивной мощности

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Цель работы

Анализ актуальности, общих принципов и технических средств компенсации реактивной мощности для повышения энергоэффективности электрических сетей городов, промышленных предприятий и объектов электроэнергетики

Задачи работы

1. Рассмотреть физические основы и понятие реактивной мощности

2. Изучить современные устройства компенсации реактивной мощности в низковольтных электрических сетях

3. Изучить процедуру и выполнить настройку регулятора реактивной мощности конденсаторной установки.

4. Провести регистрацию параметров электрической сети до и после компенсации реактивной мощности.

5. Выполнить расчет эффективности компенсации реактивной мощности.

6. Проанализировать эффективность компенсации реактивной мощности для снижения потерь мощности в электрической сети.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Понятие реактивной мощности

В электрических цепях переменного тока различают три вида мощности: активную, реактивную и полную.

Полная мощность S представляет собой произведение напряжения на полный ток в электрической цепи:

Эта мощность измеряется в вольтамперах (ВА).

мощ ность равна про зведени ю напряж ения, тока и косинуса угла φ между

Векторная диаграмма мощностей показана на рис.

Рис. 2. Диаграмма мощно тей

Присутствие реактивной составляющей мощности в электрической сети обусловлено конструктивными особенностями элементов электрических сетей и подстанций, а также электрических цепей электроприемников и связано с наличием в них реактивных сопротивлений (индуктивностей и емкостей). Данные реактивные сопротивления оказывают препятствие изменению параметров электрической энергии. Так, индуктивности препятствуют любому изменению тока в них, а емкости – изменению напряжения. Указанное препятствие выражается в том, что эти элементы в определенные интервалы времени «запасают» и «отдают» электрическую энергию. При выработке, преобразовании, передаче и потреблении электрической энергии на переменном напряжении данное обстоятельство приводит к колебательному процессу обмена энергией между реактивными элементами, рассредоточенными между элементами электрических станций, подстанций, линий электропередачи и электроприемниками.

Вышеуказанную долю электрической энергии называют реактивной энергией. При этом реактивная энергия не преобразуется в другие виды энергии, но её потоки по элементам электрических цепей сопровождаются дополнительной загрузкой этих элементов, а также дополнительными потерями активной энергии на их активных сопротивлениях.

Основным показателем потребления реактивной энергии (мощности) является коэффициент мощности сosφ. Он показывает соотношение активной мощности Р и полной мощности S , потребляемой электроприемниками из сети:

Актуальность компенсации реактивной мощности

Общеприняты понятия, что реактивности индуктивного характера являются потребителями реактивной энергии, а реактивности емкостного характера – источниками реактивной энергии. Установка источников реактивной мощности непосредственно у потребителей или в узлах электрической сети носит название компенсации реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности – представляет собой один из наиболее важных и ответственных мероприятий по повышению энергоэффективности. В комплексе вопросов, посвященных передаче, распределению и потреблению электроэнергии, проблема КРМ всегда находилась на одном из наиболее важных мест.

При нормальных рабочих условиях все электрические потребители, режим которых сопровождается постоянным возникновением и исчезновением магнитных полей (например, индукционные двигатели, оборудование для сварки), забирают от сети не только активную, но и индуктивную реактивную мощность. Эта реактивная мощность необходима для работы оборудования и, в то же время, может быть рассмотрена как нежелательная дополнительная нагрузка сети. При передаче тока ненужная реактивная часть должна быть по возможности малой. С другой стороны, реактивную мощность использует потребитель, поэтому ее нужно пытаться передать не через сеть общего электроснабжения, а выработать непосредственно в месте ее потребления. Таким образом, обеспечивается:

снижение потерь электроэнергии и мощности в силовых трансформаторах и линиях электропередачи;

снижение загрузки силовых трансформаторов и линий электропередачи;

Рис. 3. Баланс мощности

Процесс такого уравнивания количества энергии электрического поля (конденсатора) и магнитного поля (индуктивности) и является компенсацией реактивной мощности.

Вырабатывая реактивную мощность, конденсаторные батареи повышают величину напряжения в точке их установки, поэтому они применяются не только в целях уменьшения потерь электроэнергии, но и для регулирования напряжения у потребителей. Например, если потребитель находится на значительном удалении от узла питания, то за счет падения напряжения в линии потребителя напряжение у потребителя может снизиться ниже нормально допустимого для работы этого оборудования. Эффективным решением является установка у потребителя с пониженным напряжением конденсаторной батареи для повышения напряжения.

Отдельные конденсаторы для компенсации реактивной мощности выпускаются на напряжения 220, 380 и 660 В в трехфазном исполнении мощностью от 1 до 10 квар и на напряжения 1,05; 3,15; 6,3 и 10,5 кВ – в однофазном исполнении мощностью от 13 до 75 квар.

Так как мощность отдельных конденсаторов сравнительно невелика, то обычно их соединяют параллельно в батареи, размещаемые в комплектных шкафах.

В зависимости от способа исполнения различают нерегулируемые и регулируемые конденсаторные установки. Регулируемые установки всегда выполняются многоступенчатыми и оснащаются автоматическими микропроцессорными регуляторами для исключения перекомпенсации реактивной мощности в минимальном режиме и, как следствие, повышение напряжения у потребителей. Принципы регулирования могут быть различными: по времени суток, по величине реактивной мощности, по напряжению, по величине полного тока, коэффициенту мощности, а также комбинированные. Использование регулируемых установок является более эффективным способом реализации КРМ, однако, и более дорогостоящим.

В последнее время повсеместное внедрение силовой преобразовательной техники в промышленности, например, частотно регулируемых электроприводов, ставит перед потребителями проблему искажения кривой питающего напряжения высшими гармониками. В этом случае необходимо использовать конденсаторные установки, оснащенные дросселями. Дроссели предназначены для работы в составе конденсаторных установок, включаются последовательно с конденсаторами и служат для отстройки от частоты превалирующей в сети гармоники для предотвращения повреждения конденсаторной установки.

В зависимости от подключения и формы применения конденсаторных установок или отдельных конденсаторов различают несколько видов компенсации:

Централизованная компенсация (рис. 4, а, б), при которой определенное число конденсаторов подключается к распределительному устройству подстанции. Конденсаторы управляются электронным регулятором, который постоянно анализирует потребность реактивной мощности в сети. Такие регуляторы включают или отключают конденсаторы,

с помощью которых компенсируется мгновенная реактивная мощность общей нагрузки и, таким образом, уменьшается суммарная потребность сети. Размещение конденсаторных установок в РУ 0,4 кВ окупается за 2,5-4,5 года.

Групповая компенсация (рис. 4, в), в которой аналогично локальной компенсации для нескольких одновременно работающих индуктивных потребителей подключается совместный постоянный конденсатор (лежащие вблизи друг от друга электродвигатели, группы разрядных ламп). Здесь также разгружается подводящая линия, правда, только до распределителя на отдельные потребители. Срок окупаемости этого вида компенсации ориентировочно равен 1,5-4,5 года.

Индивидуальная или постоянная компенсация (рис. 4, г), при которой индуктивная реактивная мощность компенсируется непосредственно

в месте ее возникновения, что ведет к разгрузке подводящих проводов

(тип ично для отдельных, в продолжительном режиме работающих потребителей с постоянной или относительно большой мощнос ью (свыше 20 кВт) - асинхронные двигат ли, трансформаторы, сварочные инструменты, раз ядные л мпы и т. д.). Этот вид компенсации наиболее эффективен, а срок окупаемости по среднестатистическим данным составляет от 0,3 до 0,7 года.

отс тствие вращающ ихся частей;

простой монтаж и эксплуатация (не нуж но фундамента);

относительно не высокие капиталовложения;

блока нагрузки, блока управления нагрузкой, регулируемой конденсаторной уст новки.

Рис. 8. Описание перед ей панелиуправлени я

1. in d – акти но-индуктивная нагрузка;

2. c ap – активно-емкостная нагрузка;

3. c osф / cos ф – текущий или средний c osφ;

4. a mp / volt – ток или напряжение;

5. al arm – включена сигнализа ция;

6. S TAGES – информируют о состоянии соответствующих конденсаторов (светится при включенном конденсаторе);

7. Кнопки для настройки и обслуживания регулятора.

Принцип работы регулятора основывается на следующем. Регулятор

этим значениям прибор вычи сляет реактивну ю мощность и коэффициент мощ ности нагрузки. Определ ние необходимого количества подключенных сту пеней производится путем сравнения текущ его значения коэффициен та

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕН Я РАБОТЫ

1. Настроить п раметры регулятора

1.1. Войти в меню настроек регуля ора. На жать кнопку SET и удерж вать в течение 5 с. На дис лее появится параметр CoS .

В ходе практики заметил устройство, устройство которого показалось мне интересным, поэтому также хочу вкратце остановиться и на нем.

Известно, что электрическая энергия состоит из двух частей: активной и реактивной. Первая преобразуется в различные виды полезной энергии (тепловую, механическую и пр.), вторая – создаёт электромагнитные поля в нагрузке (трансформаторы, электродвигатели, дроссели, индукционные печи, осветительные приборы). Несмотря на необходимость реактивной энергии для работы указанного оборудования, она дополнительно нагружает электросеть, увеличивая потери активной составляющей. Это приводит к тому, что промышленный потребитель принужден дважды платить за одну и ту же энергию. Сначала по счётчику реактивной энергии и ещё раз косвенно, как потери активной составляющей, фиксируемые прибором учёта активной энергии.

Для решения этой задачи (уменьшение реактивной части энергии) были разработаны и сегодня широко используются во всём мире установки компенсации реактивной мощности. Они снижают значения потребляемой мощности за счёт выработки реактивной составляющей непосредственно у потребителя и бывают двух видов: индуктивными и емкостные. Индуктивные реакторы, обычно, применяют для компенсации наведённой емкостной составляющей (например, большая протяженность воздушных линий электропередачи и т.п.). Конденсаторные батареи применяются для нейтрализации индуктивной составляющей реактивной мощности (индуктивные печи, асинхронные двигатели и др.).

Компенсатор реактивной энергии позволяет: - уменьшить потери мощности и снижение напряжения в различных участках электросети; - сократить количество реактивной энергии в распределительной сети (воздушные и кабельные линии), трансформаторах и генераторах; - снизить затраты на оплату потреблённой электрической энергии; - сократить влияние сетевых помех на работу оборудования; - снизить асимметрию фаз.

Учитывая, что характер нагрузки в бытовых и промышленных сетях имеет преимущественно активно-индуктивный тип, наиболее широко распростанены как средство компенсации статические конденсаторы. Их основными достоинствами являются: - малые потери активной энергии (в рамках 0,3-0,45 кВт/100квар); - незначительная масса конденсаторной установки не требует фундамента; - несложная и недорогая эксплуатация; - увеличение или уменьшение количества конденсаторов в зависимости от ситуации; - компактность, дающая возможность монтажа установки в любом месте (у электроустановок, группой в цеху или крупной батареей). При этом наилучший эффект получается при размещении установки непосредственно в трансформаторной подстанции и подключении к шинам низкой стороны (0,4 кВ). В этом случае компенсируются сразу все индуктивные нагрузки, запитанные от данной ТП; - независимость работоспособности установки от поломки отдельного конденсатора. Конденсаторные установки с фиксированным значением мощности применяют в трёхфазных сетях переменного тока. В зависимости от типа нерегулируемые установки имеют мощность 2,5 – 100 кВАр на низком напряжении.

Ручная регулировка количества конденсаторов не всегда удобна и не успевает за изменением ситуации на производстве, поэтому всё чаще новые производства приобретают для компенсации реактивной энергии автоматические установки. Регулируемые компенсаторы повышают и автоматически корректируют cos φ на низком напряжении (0,4 кВ). Кроме поддержания установленного коэффициента мощности в часы минимальных и максимальных нагрузок, установки устраняют режим генерации реактивной энергии, а также: - постоянно отслеживают изменение количества реактивной мощности в компенсируемой цепи; - исключают перекомпенсацию и её следствие – перенапряжение в сети; - проводят мониторинг главных показателей компенсируемой сети; - проверяют работу всех составляющих компенсаторной установки и режим её работы. При этом оптимизируется распределение нагрузки в сети, что снижает износ контакторов. В регулируемых компенсаторных установках предусматривается система отключения при возникновении аварийной ситуации с одновременным оповещением обслуживающих специалистов

Конденсаторная установка (КУ, или УКРМ - установка компенсации реактивной мощности) - согласно действующему , это электроустановка, состоящая из конденсаторов и относящегося к ней вспомогательного электрооборудования (регулятора реактивной мощности, контакторов, предохранителей и т. д.).

Выбор режима компенсации

По месту установки КУ различают следующие виды компенсации: централизованная на высокой стороне (а), централизованная на низкой стороне (б), групповая (в) и индивидуальная (г) (см. рисунок ниже).

• При централизованной компенсации на стороне высокого напряжения , когда конденсаторная установка присоединяется к шинам 6-10 кВ трансформаторной подстанции, получается хорошее использование конденсаторов, их требуется меньше и стоимость 1 квар установленной мощности получается минимальной по сравнению с другими способами. При компенсации по этой схеме разгружаются от реактивной мощности только расположенные выше звенья энергосистемы, а внутризаводские распределительные сети и даже трансформаторы подстанции остаются не разгруженными от реактивной мощности, а следовательно, потери энергии в них не уменьшаются и мощности трансформаторов на подстанции не могут быть уменьшены.
• При централизованной компенсации на стороне низкого напряжения , когда конденсаторная установка присоединяется к шинам 0,4 кВ трансформаторной подстанции, от реактивной мощности разгружаются не только вышерасположенные сети 6—10 кВ, но и трансформаторы на подстанции, однако внутризаводские распределительные сети 0,4 кВ остаются неразгруженными.
• При групповой компенсации , когда конденсаторные установки устанавливаются в цехах и присоединяются непосредственно к цеховым распределительным пунктам (РП) или шинам 0,4 кВ, разгружаются от реактивной мощности и трансформаторы на подстанции и питательные сети 0,4 кВ Неразгруженными остаются только распределительные сети к отдельным электроприемникам. В целях равномерного распределения компенсирующих устройств целесообразно подключать конденсаторную установку к шинам РП таким образом, чтобы реактивная нагрузка этого РП составляла более половины мощности подключаемой конденсаторной установки.
• При индивидуальной компенсации, когда конденсаторная установка подключается непосредственно к зажимам потребляющего реактивную мощность электроприемннка, что является основным требованием создания реактивной мощности по возможности ближе к месту ее потребления, такой способ будет наиболее эффективным в отношении разгрузки от реактивной мощности питательной и распределительной сетей, трансформаторов и сетей высшего напряжения. При индивидуальной компенсации происходит саморегулирование выработки реактивной мощности, так как конденсаторные установки включаются и отключаются одновременно с приводными электродвигателями машин и механизмов.

Практически распространенными способами компенсации реактивной мощности электроснабжения промышленных предприятий является групповая компенсация, возможны также варианты комбинированного размещения конденсаторных установок.
Определение наивыгоднейших решений выбора способа компенсации реактивной мощности производится на основании технико-экономических расчетов тщательных исследований производственных условий, факторов конструктивного характера и т. д..
При выборе места размещения конденсаторной установки в распределительной сети необходимо учитывать ее влияние на режим напряжения и величину потерь энергии в сети. Как правило, компенсация реактивной мощности должна производиться в той же сети (на том же напряжении), где она потребляется, при этом будут минимальные потери энергии, а следовательно, и меньшие мощности трансформаторов.

Выбор типа компенсации

В зависимости от требований к характеристикам оборудования и сложности управления, КРМ может быть следующих типов:

• нерегулируемой - путем подключения конденсаторной батареи фиксированной емкости;
• автоматической - путем включения различного количества ступеней регулирования для подачи требуемой реактивной энергии;
• динамической - для компенсации быстро изменяющихся нагрузок.

Нерегулируемая компенсация

В схеме используется один или несколько конденсаторов, обеспечивающих постоянный уровень компенсации. Управление может быть:

• ручным: с помощью автоматического выключателя или выключателя нагрузки;
• полуавтоматическим: с помощью кнопок и контактора;
• прямое подсоединение к нагрузке и включение/отключение вместе с ней.

Конденсаторы присоединяются:

• к вводным зажимам индуктивных нагрузок (в основном, электродвигателей);
• к шинам, питающим группы небольших электродвигателей или индуктивных нагрузок, для которых индивидуальная компенсация может быть довольно дорогостоящей;
• в случаях, когда коэффициент нагрузки должен быть постоянным.

Автоматическая компенсация

Данный тип компенсации предусматривает автоматическое поддержание заданного cos φ путем регулирования количества вырабатываемой реактивной энергии в соответствии с изменениями нагрузки.
Оборудование КРМ устанавливается и подключается к тем местам электроустановки, где изменения активной и реактивной мощности относительно велики, например:

• к сборным шинам главного распределительного щита;
• к зажимам кабеля, питающего мощную нагрузку.

Нерегулируемая компенсация применяется там, где требуется компенсировать реактивную мощность, не превышающую 15% номинальной мощности трансформаторного источника питания. Если требуется компенсировать более 15%, рекомендуется устанавливать конденсаторную батарею с автоматическим регулированием.
Управление обычно осуществляется электронным устройством (контроллером реактивной мощности), которое отслеживает фактический коэффициент мощности и выдает команды на подключение или отключение конденсаторов для достижения заданного коэффициента. Таким образом, реактивная энергия регулируется ступенчато. Кроме того, регулятор реактивной мощности выдает информацию о характеристиках электросети (амплитуда напряжения, уровень искажений, коэффициент мощности, фактическая активная и реактивная мощность) и состоянии оборудования.
В случае неисправности подаются аварийные сигналы. Подключение обычно обеспечивается контакторами. Для быстрой и частой коммутации конденсаторов при компенсации сильно изменяющихся нагрузок следует использовать полупроводниковые ключи.

Динамическая компенсация

Данный тип КРМ используется для предотвращения колебаний напряжения в сетях с изменяющимися нагрузками. Принцип динамической компенсации заключается в том, что вместе с нерегулируемой конденсаторной батареей используется электронный компенсатор реактивной мощности, обеспечивающий опережение или запаздывание реактивных токов относительно напряжения. В результате получается быстродействующая изменяющаяся компенсация, хорошо подходящая для таких нагрузок, как лифты, дробилки, аппараты точечной сварки и т. д.

Учет условий эксплуатации и содержания гармоник в сети

Конденсаторные установки следует выбирать с учетом условий эксплуатации на протяжении всего срока службы комплектующих, в первую очередь конденсаторов и контакторов.

Учет условий эксплуатации

Условия эксплуатации оказывают значительное влияние на срок службы конденсаторов.
Следует учитывать следующие параметры:

• температура окружающей среды (°C);
• ожидаемые повышенные токи, связанные с искажением формы напряжения, включая максимальное непрерывное перенапряжение;
• максимальное количество коммутационных операций в год;
• требуемый срок службы.

Учет воздействия гармоник

В зависимости от амплитуды гармоник в электросети применяются различные конфигурации устройств КРМ:

• Стандартные конденсаторы: при отсутствии значительных нелинейных нагрузок.
• Конденсаторы увеличенного номинала: при наличии незначительных нелинейных нагрузок. Номинальный ток конденсаторов должен быть увеличен, чтобы они могли выдерживать циркуляцию токов гармоник.
• Конденсаторы увеличенного номинала с антирезонансными дросселями применяются при наличии многочисленных нелинейных нагрузок. Дроссели необходимы для подавления циркуляции токов гармоник и предотвращения резонанса.
• Фильтры высших гармоник: в сетях с преобладанием нелинейных нагрузок, где требуется подавление гармоник. Обычно фильтры конструируются для конкретной электроустановки, исходя из результатов измерений на месте и компьютерной модели электросети.

Комплектующие к УКРМ

Конденсаторы

Конденсаторы всходят в состав любой установки компенсации реактивной мощности (нерегулируемой или автоматической) и используются для корректировки коэффициента мощности индуктивных потребителей (трансформаторов, электрических двигателей, ректификаторов) в электрических сетях для напряжений до 660 В.

Конструкция

Самые популярные компенсации реактивной мощности состоят из цилиндрического алюминиевого корпуса, внутри которого смонтированы три однофазных конденсатора соединенные по схеме "треугольник" (см.рис. вариант а). Подключение осуществляется через три клеммы. Также существуют модели (например от Legrand) с шестью клеммами (см.рис. вариант б) они позволяют подключать контактор в разрыв треугольника. Что в свою очередь позволяет взять контактор меньшего номинала.

В корпусе конденсатора установлен диэлектрик с тремя полипропиленовыми слоями, металлизированными алюминием и цинком. Данное покрытие обеспечивает низкий уровень потерь и высокую устойчивость к высоким импульсным токам, а также способствует самовосстановлению конденсатора при пробое. В зависимости от величины рабочего напряжения полипропиленовая пленка имеет различную толщину. При этом слои металлизации выступают в роли проводников тока (т.е. обкладок), а полипропилен является диэлектриком. После выполнения необходимых технологических операций и прохождения контроля качества емкостные элементы (рулоны) помещаются в алюминиевые цилиндрические корпуса и заливаются полиуретановой смолой, нетоксичной и обладающей высокими экологическими свойствами.

Технология производства и самовосстановление конденсаторов

Исходным материалом для производства конденсаторов служит полипропиленовая пленка. В начале технологического процесса происходит металлизация полипропиленовой пленки для формирования на ней токопроводящего слоя толщиной 10-50 нм из смеси цинка и алюминия. Применение материала с указанными характеристиками позволяет добиться получения эффекта самовостановления в случае возникновения пробоя диэлектрика между обкладками конденсатора. При этом электрическая энергия испаряет металл вокруг поврежденного места и тем самым предотвращает короткое замыкание. Потеря емкости в течении данного процесса, совсем незначительна (около 100pF). Способность к самовосстановлению гарантирует высокую операционную надежность и длительный срок эксплуатации конденсатора. Для сведения к минимуму тангенса угла диэлектрических потерь, на торцы конденсаторных секций наносится в два слоя покрытие из цинка, которое получило название цинковый крепленый край. За счет этого достигается более плотный контакт между выводами конденсатора и конденсаторной секцией.

Защита от избыточного давления

Для обеспечения защиты внутренних элементов конденсатора, у большинства производителей, применяется встроенный разъединитель, который срабатывает при возникновении избыточного давления. Назначением устройства является прерывание тока короткого замыкания при достижении конденсатором окончания срока службы и его неспособности к последующему восстановлению. Это устройство разрывает электрическую цепь конденсатора, используя внутреннее давление, которое возникает во время разрушения пленки от перегрева, вызванного током короткого замыкания.

Применение конденсаторов с номинальным напряжением выше 400В.

Так как напряжение напрямую влияет на реактивную мощность конденсатора, компании предлагают линейки конденсаторов с разными номинальными напряжениями Un - 400, 440, 460, 480, 525В.
В сетях 380В, со стабильными параметрами напряжения сети, рекомендовано применять конденсаторы с Un - 400В, в этом случае применение конденсаторов с Un - 440В и выше нецелесообразно, потому что номинальная мощность существенно уменьшается (примерные поправочные коэффициенты 230V - 1.74 / 440V - 0.91 / 480V - 0.83 / 525V - 0.76)
Согласно стандарта EN-60831.1-2, конденсаторы на промышленной частоте должны выдерживать напряжение величиной l,10*Un (1.10*400 = 440В) в течение не менее 8 часов в сутки. В случаях, когда повышенное напряжение сети сохраняется более 8 часов, необходимо применять конденсаторы с Un - 440В. Применение данного типа конденсатора гарантирует надежную работу в сети с повышенным напряжением и увеличение срока службы конденсатора.

Внимание! Остаточное напряжение

После отсоединения конденсатора от сети на его выводах еще присутствует остаточное напряжение, которое представляет опасность для обслуживающего персонала. Для его устранения все трехфазные конденсаторы снабжены разрядными сопротивлениями, которые снижают уровень напряжения до уровня меньше чем 75В за 3 минуты.

Внимание! Защита от перегрева

Для обеспечения надежного естественного охлаждения, расстояние между конденсаторными батареями должно быть: 2,5 - 25 kVAr не менее 25мм. 30 - 50 kVAr не менее 50мм.

Предохранители

Предохранители всходят в состав любой установки компенсации реактивной мощности (нерегулируемой или автоматической) и используются для защиты от коротких замыканий. Наиболее применяемые предохранители имеют формат NH.

Фильтрующие дроссели

Трехфазные дроссели предназначены для работы в составе конденсаторных установок, включаются последовательно с конденсаторами и используются как защитное, фильтрующее устройство от влияния высших гармоник на сеть потребителя и на конденсатор. При повышении частоты приложенного напряжения к конденсатору его сопротивление снижается, поэтому применяются дроссели, которые вместе с конденсатором образуют контур, отстроенный от частоты гармоники и подавляющий ее. Частота резонанса такого контура должна
быть ниже частоты самых низших гармоник, присутствующих в электросети. При наличии гармоник с частотами выше, чем частота контура, образованного конденсатором и дросселем, резонанс не возникает.
Стандартные значения коэффициента отстройки составляют 5,67%, 7% и 14% при резонансных частотах 210,189 и 134 Гц в сетях с номинальной частотой 50Гц. При таких стандартных значениях величин в трехфазной сети и симметричной нагрузке становится возможным устранить 5-ю (250Гц) и гармоники высших порядков. Это позволяет избежать резонанса между индуктивным сопротивлением и трехфазными конденсаторами, включенными для корректировки коэффициента мощности, и предотвращения перегрузки конденсаторных батарей.
Часто дроссели оборудованы биметаллическим тепловым реле, которое встроено в центральную обмотку и имеет выводы на отдельные клеммы. Датчик реле срабатывает при температуре выше 90°С.

В современном мире огромное внимание, в том числе и государственное, уделяется качеству потребляемой электроэнергии. Связано это с тем, что от качества потребляемой электроэнергии напрямую зависят расходы предприятия, надежность работы систем питания и сам процесс производства.

Проблема наличия в системах электросетей существенной доли реактивной мощности, напрямую влияет на качество электроэнергии. Дело в том, что приемники электроэнергии потребляют как активную так и реактивную мощность, которая не связанна с полезной работой. Именно поэтому, уменьшение доли реактивной мощности в электрической системе значительно снижает потери активной, тем самым позволяя экономить на электроэнергии.

В результате работы оборудования повышается общий коэффициент мощности сети cos (φ) и выполняется поддержание его на заданном уровне. Установка компенсации реактивной мощности состоит из модульных конденсаторных батарей, которые отключаются и включаются с помощью контакторов. Последние оснащены устройствами, ограничивающими пик тока включения.

Плюсы от использования КРМ 04 :

Повышение коэффициента мощности до 98%;
Стабилизация сетевого напряжения;
Исключает платежи за реактивную электроэнергию, снижает до 15% расходы на активную электроэнергию;
Снижение на 10% затрат топлива при использовании автономного источника электроэнергии;
Ускорение работы электроприводов и технологического оборудования;
Разгрузка распределительных сетей от реактивного тока;
Снижение сетевых помех и уменьшение асимметрии фаз.
Характеристики электроустановочного оборудования

Компания "ВП-АЛЬЯНС" предлагает высокотехнологичное оборудование собственного производства на базе отечественных и импортных комплектующих для снижения затрат на электроэнергию:

1. Установка компенсации реактивной мощности (КРМ-0.4кВ) для электроустановок промышленных предприятий и распределительных сетей. Мощность составляет от 10 до 2000 кВАр, входное напряжение 0,4 кВ. Устройства позволяют значительно увеличить потребляемую мощность без реконструкции энергосистемы. КРМ используются не только для снижения затрат на электроэнергию, но и для стабилизации скачков напряжения на удаленных объектах.
2. Высоковольтные установки компенсации реактивной мощности 6кВ, 10кВ для поддержания коэффициента cos (φ) на заданном уровне в трехфазных электрических сетях. Мощностью от 100 до 3000 кВАр, входное напряжения 6,3 кВ и 10,5кВ.
3. Регуляторы предназначены для эффективного контроля коэффициента мощности cos (φ), анализа и контроля гармоник. Оборудование оснащено цифровым микропроцессором, релейными выходами и выбором ступеней.
4. Цилиндрические конденсаторные батареи мощностью от 1кВАр до 62,5 кВАр. Оборудование производится из высококачественных материалов и компонентов.
5. Контакторы предназначены для включения и выключения конденсаторов с целью их защиты. Устройства оснащены ограничивающими резисторами и могут использоваться в установках с несколькими ступенями.
6. Фильтры-дроссели гармоник позволяют очистить электрическую сеть от высших гармоник, улучшить показатели сети и снизить расходы на электроэнергию.