Почему нужно компенсировать реактивную мощность
В условиях дефицита и увеличения стоимости энергоресурсов, роста объемов производства и инфраструктуры городов все более актуальной становится проблема энергосбережения и в частности, экономии электроэнергии. Большинство электрических установок наряду с активной мощностью потребляют и реактивную мощность, которая расходуется на создание электромагнитных полей и является бесполезной для потребителя. Наличие реактивной мощности снижает качество электроэнергии, приводит к таким явлениям, как увеличение платы за электроэнергию, дополнительные потери и перегрев проводов, перегрузка подстанций, необходимость завышения мощности трансформаторов и сечения кабелей, просадки напряжения в электросети. В настоящее время прирост потребления реактивной мощности превышает рост потребления активной мощности вследствие бурного внедрения современных элетротехнических и радиотехнических устройств (системы освещения и рекламы, кондиционирования, частотные преобразователи электроприводов, импульсные блоки питания и т.д.). Для снижения реактивной мощности наиболее часто применяют конденсаторные установки.
Преимущества конденсаторных установок:
- малые потери (до 0,5 Вт на 1 кВар мощности);
- простой монтаж и эксплуатация;
- возможность подключения в любой точке электросети;
- небольшие эксплуатационные затраты;
- возможность компенсации практически любой реактивной мощности;
- фантастически быстрая окупаемость (до одного года).
Исходя из экономической политики, проводимой НКРЭ следует ожидать дальнейшего повышения тарифов на потреблённую активную, а так же реактивную электроэнергию. Это заставляет потребителей электроэнергии пересматривать политику энергосбережения.
Какие проблемы помогут решить конденсаторные установки:
- снизить оплату за потребленную реактивную мощность;
- после уменьшения реактивной мощности, мы гарантируем снижение активной мощности;
- обеспечить подачу электроэнергии по кабелю с меньшим сечением;
- избежать глубокой просадки напряжения на линиях электропитания удаленных потребителей;
- если пуск и работа электродвигателей затруднены.
В общем итоге мы повышаем качество электроэнергии.
Где нужна компенсация реактивной мощности:
Компенсация реактивной мощности особенно необходима для потребителей, имеющих низкий косинус фи. В первую очередь, это касается потребителей с большим числом эксплуатируемых асинхронных двигателей (косинус фи ~ 0.7), особенно в режиме их недозагрузки (косинус фи ~ 0.5), подъемных механизмов (косинус фи ~ 0.5) и др.
По месту подключения различают следующие схемы компенсации реактивной мощности:
общая - на вводе предприятия;
групповая - на линии электроснабжения группы однотипных потребителей;
индивидуальная - конденсаторная установка устанавливается в непосредственной близости к потребителю с низким косинусом фи;
смешаная - производная между общей и индивидуальной.
Причины возникновения реактивной мощности:
В электрических цепях при чисто активной нагрузке протекающий ток не опережает и не запаздывает от напряжения. При индуктивной нагрузке ток отстает от напряжения, при емкостной - опережает напряжение. Индуктивный характер нагрузка имеет при работе электродвигателей, компрессоров, электромагнитов и др., что наиболее типично для большинства потребителей. В этом случае снижается коэффициент мощности и для его повышения необходимо подключать емкостную нагрузку, которая компенсирует индуктивную составляющую. В идеале это приводит к тому, что результирующая нагрузка становится чисто активной и коэффициент мощности приобретает максимальное значение. Для этого служат конденсаторные установки, в автоматическом режиме компенсирующие реактивную мощность и тем самым, снижающие общие потери потребителя. В частности, при повышении косинуса фи с 0.5 до 0.9 снижение общей потребляемой мощности составляет 44%.
Разновидности конденсаторных установок:
В качестве коммутирующего элемента в конденсаторных установках могут применяться электромеханические реле (контакторы) или тиристоры. Релейные конденсаторные установки получили наиболее широкое распространение в силу более простой реализации и низкой стоимости по сравнению с тиристорными конденсаторными установками. Однако там, где нагрузка имеет резкопеременный характер, для компенсации реактивной мощности целесообразно применять именно тиристорные конденсаторные установки, так как они обладают более высоким быстродействием. А факт того, что коммутация конденсаторов в тиристорных конденсаторных установках происходит при нулевом значении тока, значительно увеличивает срок службы как конденсаторных батарей, так и всей установки в целом. Для защиты от перегрева, при проектировании тиристорной конденсаторной установки необходимо уделять особое внимание расчету ее теплового режима и предусмотреть принудительную вентиляцию тиристоров.
Для энергосбережения также применяются так называемые конденсаторные установки смешанного типа, когда основная емкость коммутируется релейными установками, а промежуточная — менее мощными тиристорными. В этом случае достигается максимальный эффект — большая часть реактивной энергии, в большинстве случаев имеющей инерционный характер, компенсируется с помощью конденсаторных батарей, управляемых недорогими контакторами, а быстрые и сравнительно малые изменения характера нагрузки компенсируются конденсаторными батареями, подключаемых через тиристоры. В этом случае достигается снижение затрат на внедрение и эксплуатацию конденсаторных установок и поддержание максимального коэффициента мощности, в том числе и при резких изменениях косинуса фи в электросети.
Кроме этого существуют специфические установки компенсации реактивной мощности, не содержащие конденсаторы, в которых фазовый сдвиг между током и напряжением компенсируется с помощью генераторов тока, построенных на нелинейных элементах либо синхронных генераторах, однако они не получили широкого распостранения в силу сложности технической реализации и их высокой стоимости.
По напряжению конденсаторные установки подразделяются на низковольтные (0.4 кВ) и высоковольтные (6.3, 10 и более кВ).
Влияние высших гармоник на срок службы конденсаторных установок:
В современных сетях электроснабжения нагрузка нередко имеет нелинейный характер вследствие применения полупроводниковых преобразователей переменного тока (например при работе импульсных стабилизаторов и преобразователей электроэнергии). Это приводит к появлению высших гармоник тока, которые по своей величине становятся соизмеримыми с первой (50 Гц) гармоникой. Например, в шестиполупериодных преобразователях электроэенергии очень весомой является третья гармоника (150 Гц). Конденсаторы в установках компенсации реактивной мощности в совокупности с индуктивностью нагрузки могут образовывать колебательные контуры, близкие по частоте резонанса к частоте одной из высших гармоник. Это может привести к значительному увеличению тока конденсаторов и существенно сократить их срок службы. А перенапряжения, возникающие при резонансе на элементах конденсаторной установки и нагрузки могут привести к пробою изоляции. Для устранения подобных проблем на этапе обследования объекта до внедрения конденсаторных установок компенсации реактивной мощности необходимо проводить анализ спектра тока потребляемой электроэнергии. При выявлении высших гармоник, сопоставимых с первой гармоникой, применяются фильтры-пробки, настроенные на частоту наиболее значительных гармоник.
Преимущества конденсаторных установок:
- малые потери (до 0,5 Вт на 1 кВар мощности);
- простой монтаж и эксплуатация;
- возможность подключения в любой точке электросети;
- небольшие эксплуатационные затраты;
- возможность компенсации практически любой реактивной мощности;
- фантастически быстрая окупаемость (до одного года).
Исходя из экономической политики, проводимой НКРЭ следует ожидать дальнейшего повышения тарифов на потреблённую активную, а так же реактивную электроэнергию. Это заставляет потребителей электроэнергии пересматривать политику энергосбережения.
Какие проблемы помогут решить конденсаторные установки:
- снизить оплату за потребленную реактивную мощность;
- после уменьшения реактивной мощности, мы гарантируем снижение активной мощности;
- обеспечить подачу электроэнергии по кабелю с меньшим сечением;
- избежать глубокой просадки напряжения на линиях электропитания удаленных потребителей;
- если пуск и работа электродвигателей затруднены.
В общем итоге мы повышаем качество электроэнергии.
Где нужна компенсация реактивной мощности:
Компенсация реактивной мощности особенно необходима для потребителей, имеющих низкий косинус фи. В первую очередь, это касается потребителей с большим числом эксплуатируемых асинхронных двигателей (косинус фи ~ 0.7), особенно в режиме их недозагрузки (косинус фи ~ 0.5), подъемных механизмов (косинус фи ~ 0.5) и др.
По месту подключения различают следующие схемы компенсации реактивной мощности:
общая - на вводе предприятия;
групповая - на линии электроснабжения группы однотипных потребителей;
индивидуальная - конденсаторная установка устанавливается в непосредственной близости к потребителю с низким косинусом фи;
смешаная - производная между общей и индивидуальной.
Причины возникновения реактивной мощности:
В электрических цепях при чисто активной нагрузке протекающий ток не опережает и не запаздывает от напряжения. При индуктивной нагрузке ток отстает от напряжения, при емкостной - опережает напряжение. Индуктивный характер нагрузка имеет при работе электродвигателей, компрессоров, электромагнитов и др., что наиболее типично для большинства потребителей. В этом случае снижается коэффициент мощности и для его повышения необходимо подключать емкостную нагрузку, которая компенсирует индуктивную составляющую. В идеале это приводит к тому, что результирующая нагрузка становится чисто активной и коэффициент мощности приобретает максимальное значение. Для этого служат конденсаторные установки, в автоматическом режиме компенсирующие реактивную мощность и тем самым, снижающие общие потери потребителя. В частности, при повышении косинуса фи с 0.5 до 0.9 снижение общей потребляемой мощности составляет 44%.
Разновидности конденсаторных установок:
В качестве коммутирующего элемента в конденсаторных установках могут применяться электромеханические реле (контакторы) или тиристоры. Релейные конденсаторные установки получили наиболее широкое распространение в силу более простой реализации и низкой стоимости по сравнению с тиристорными конденсаторными установками. Однако там, где нагрузка имеет резкопеременный характер, для компенсации реактивной мощности целесообразно применять именно тиристорные конденсаторные установки, так как они обладают более высоким быстродействием. А факт того, что коммутация конденсаторов в тиристорных конденсаторных установках происходит при нулевом значении тока, значительно увеличивает срок службы как конденсаторных батарей, так и всей установки в целом. Для защиты от перегрева, при проектировании тиристорной конденсаторной установки необходимо уделять особое внимание расчету ее теплового режима и предусмотреть принудительную вентиляцию тиристоров.
Для энергосбережения также применяются так называемые конденсаторные установки смешанного типа, когда основная емкость коммутируется релейными установками, а промежуточная — менее мощными тиристорными. В этом случае достигается максимальный эффект — большая часть реактивной энергии, в большинстве случаев имеющей инерционный характер, компенсируется с помощью конденсаторных батарей, управляемых недорогими контакторами, а быстрые и сравнительно малые изменения характера нагрузки компенсируются конденсаторными батареями, подключаемых через тиристоры. В этом случае достигается снижение затрат на внедрение и эксплуатацию конденсаторных установок и поддержание максимального коэффициента мощности, в том числе и при резких изменениях косинуса фи в электросети.
Кроме этого существуют специфические установки компенсации реактивной мощности, не содержащие конденсаторы, в которых фазовый сдвиг между током и напряжением компенсируется с помощью генераторов тока, построенных на нелинейных элементах либо синхронных генераторах, однако они не получили широкого распостранения в силу сложности технической реализации и их высокой стоимости.
По напряжению конденсаторные установки подразделяются на низковольтные (0.4 кВ) и высоковольтные (6.3, 10 и более кВ).
Влияние высших гармоник на срок службы конденсаторных установок:
В современных сетях электроснабжения нагрузка нередко имеет нелинейный характер вследствие применения полупроводниковых преобразователей переменного тока (например при работе импульсных стабилизаторов и преобразователей электроэнергии). Это приводит к появлению высших гармоник тока, которые по своей величине становятся соизмеримыми с первой (50 Гц) гармоникой. Например, в шестиполупериодных преобразователях электроэенергии очень весомой является третья гармоника (150 Гц). Конденсаторы в установках компенсации реактивной мощности в совокупности с индуктивностью нагрузки могут образовывать колебательные контуры, близкие по частоте резонанса к частоте одной из высших гармоник. Это может привести к значительному увеличению тока конденсаторов и существенно сократить их срок службы. А перенапряжения, возникающие при резонансе на элементах конденсаторной установки и нагрузки могут привести к пробою изоляции. Для устранения подобных проблем на этапе обследования объекта до внедрения конденсаторных установок компенсации реактивной мощности необходимо проводить анализ спектра тока потребляемой электроэнергии. При выявлении высших гармоник, сопоставимых с первой гармоникой, применяются фильтры-пробки, настроенные на частоту наиболее значительных гармоник.