CC BY
189
УДК 621.231
С.В. Ершов, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-54-50, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
В.В. Поздновский, магистр, (4872) 35-54-50, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
СИСТЕМА КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ДЛЯ УЧАСТКА СЕТИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Рассмотрена система компенсации реактивной мощности, причины возникновения реактивной мощности, вопросы компенсации реактивной мощности.
Ключевые слова: реактивная мощность, компенсация реактивной мощности, система компенсации реактивной мощности.
Компенсация реактивной мощности с помощью низковольтных компенсаторов реактивной мощности (КРМ) (аналог УКМ 58, АКУ, УККРМ) (0,4 кВ) реактивной мощностью от 10 до 6 000 кВ Ар, производимых промышленным предприятием и оснащенных автоматическим регулятором для компенсации реактивной мощности, могут сократить до 30 % затрат на оплату электроэнергии. Конденсаторные установки существенным образом компенсируют реактивную мощность, то есть снижают нагрузку на трансформаторы и кабели и тем самым повышают косинус j и соответственно надежность ваших сетей.
Компенсация реактивной мощности на промышленных предприятиях на базе высоковольтных конденсаторных установок применяется в электросетях 6,3 / 10,5 / 35 кВ с высоковольтной нагрузкой. Конденсаторные установки компенсации реактивной мощности - высоковольтные КРМ (аналог УКЛ 56, УКЛ 57) (6,3 / 10,5 / 35 кВ) - производятся на реактивные мощности от 150 до 50 000 кВ Ар. Компенсация реактивной мощности происходит в ручном режиме путем подключения необходимого числа батарей косинусных конденсаторов. Высоковольтные установки компенсации реактивной мощности производятся на базе компенсационных конденсаторов ведущих мировых производителей в корпусах порошковой окраски, имеют срок службы 150 тыс. часов - 10 лет, что выгодно отличает их от изделий конкурентов. Установки компенсации реактивной мощности используются на многих объектах промышленности и сельского хозяйства.
Регулируемая установка компенсации реактивной мощности в автоматическом режиме под управлением микропроцессорного регулятора реактивной мощности улучшает cosj путем подключения/отключения необходимого числа батарей конденсаторов.
Тиристорные конденсаторные установки лучшее, а иногда и единственное решение, когда необходимо осуществлять компенсацию реактивной мощности нагрузки в короткий период времени. Конденсаторные ус-
тановки с тиристорными ключами применяются в цехах с резкоперемен-ной нагрузкой. К таким относятся цеха с большим количеством подъемно-транспортных механизмов, штамповочных установок и прессов, сварочных аппаратов.
В отличие от установок с контакторами тиристорные конденсаторные установки обладают быстродействием на 2 порядка выше, т.к. не требуется задержка срабатывания на время разряда конденсатора. В тири-сторных установках после подачи сигнала на коммутацию тиристор сам выбирает время подключения в момент, когда напряжение в сети и на конденсаторе равны. Задержка включения составляет не более 20 мс. При этом следует отметить, что конденсаторы подключаются без пусковых токов. Это продлевает срок службы конденсаторов. В связи с отсутствием движущихся механических контактов тиристорные конденсаторные установки имеют больший ресурс. Для защиты тиристоров применяются специальные - быстродействующие предохранители Их назначение при любых перегрузках разорвать цепь раньше, чем ток через тиристоры достигнет недопустимой для них величины.
Общие сведения
В электрических цепях, содержащих комбинированные сопротивления (нагрузку), в частности, активную (лампы накаливания, электронагреватель и др.) и индуктивную (электродвигатели, распределительные трансформаторы, сварочное оборудование, люминесцентные лампы и др.) составляющие, общую мощность, забираемую от сети, можно выразить векторной диаграммой (рис. 1).
Активная нагрузка Индуктивная нагрузка
Рис.1. Сущность возникновения реактивной мощности
Отставание тока по фазе от напряжения в индуктивных элементах обуславливает интервалы времени (рис. 2), когда напряжение и ток имеют противоположные знаки: напряжение положительно, а ток отрицателен и наоборот. В эти моменты мощность не потребляется нагрузкой, а подается обратно по сети в сторону генератора. При этом электроэнергия, запасаемая в каждом индуктивном элементе, распространяется по сети, не рассеи-
44
ваясь в активных элементах, а совершая колебательные движения (от нагрузки к генератору и обратно). Соответствующую мощность называют реактивной.
Рис. 2. Сдвиг фаз между активной и реактивной мощностью
Полная мощность складывается из активной мощности, совершающей полезную работу, и реактивной мощности, расходуемой на создание магнитных полей и создающей дополнительную нагрузку на силовые линии питания. Соотношение между полной и активной мощностью, выраженное через косинус угла между их векторами, называется коэффициентом (фактором) мощности (рис. 3).
СОБф = Р/Б
Рис.3. Треугольник мощностей, Р-активная мощность;, 8-полная мощность; (¿-реактивная мощность
5 = д/р2 + 02
Активная энергия преобразуется в полезную, механическую, тепловую и др. энергии. Реактивная энергия не связана с выполнением полезной работы, однако она необходима для создания электромагнитного поля, наличие которого является необходимым условием для работы электродвигателей и трансформаторов. Потребление реактивной мощности от энерго-снабжающей организации нецелесообразно, так как приводит к увеличению мощности генераторов, трансформаторов, сечения подводящих кабелей (снижение пропускной способности), а так же повышению активных потерь и падению напряжения (из-за увеличения реактивной составляющей тока питающей сети). Поэтому реактивную мощность необхо-
45
димо получать (генерировать) непосредственно у потребителя. Эту функцию выполняют установки компенсации реактивной мощности, основными элементами которых являются конденсаторы.
Реактивная мощность Q пропорциональна реактивному току, протекающему через индуктивный элемент:
0 = и х 1Ь,
где 1Ь - реактивный (индуктивный) ток, и - напряжение сети.
Таким образом, полный ток, питающий нагрузку, складывается из активной и индуктивной составляющих:
1 = ¡Я + П.
Для снижения доли реактивного тока в системе генератор-нагрузка, параллельно нагрузке подключают компенсаторы (установки КРМ). Реактивная мощность при этом уже не перемещается между генератором и нагрузкой, а совершает локальные колебания между реактивными элементами, индуктивными обмотками нагрузки и компенсатором. Такая компенсация реактивной мощности (снижение индуктивного тока в системе «генератор-нагрузка») позволяет, в частности, передать в нагрузку большую активную мощность при той же номинальной полной мощности генератора.
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. 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. соБф= Р/8. Этим коэффициентом принято характеризовать уровень реактивной мощности двигателей, генераторов и сети предприятия в целом. Чем ближе значение соБф к единице, тем меньше доля взятой из сети реактивной мощности. Таким образом, наличие реактивной мощности является паразитным фактором, неблагоприятным для сети в целом.
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).
46
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 устройства компенсации реактивной мощности - конденсаторные установки, основными элементами которых являются конденсаторы. Правильная компенсация реактивной мощности 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; подавить сетевые помехи, снизить несимметрию фаз; 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, во вновь создаваемых сетях уменьшить мощность подстанций и сечения кабельных линий, что снизит их стоимость.
Одним из основных направлений сокращения потерь электроэнергии и повышения эффективности электроустановок промышленных предприятий является компенсация реактивной мощности с одновременным повышением качества электроэнергии непосредственно в сетях предприятий. Чем ниже коэффициент мощности соБф при одной и той же активной нагрузке электроприемников, тем больше потери мощности и падение напряжения в элементах систем электроснабжения. Поэтому следует всегда стремиться к получению наибольшего значения коэффициента мощности. Для решения этой задачи применяются компенсирующие устройства, называемые установками компенсации реактивной мощности, основными элементами которых являются конденсаторы. Применение этих установок позволяет исключить оплату за потребление из сети и генерацию в сеть реактивной мощности, при этом суммы платежа за потребляемую энергию, определяемые тарифами энергосистемы, значительно сокращаются.
Применение установок компенсации реактивной мощности эффективно на предприятиях, где используются станки, компрессоры, насосы, сварочные трансформаторы, электропечи, электролизные установки и прочие потребители энергии с резкопеременной нагрузкой. То есть на производствах металлургической, горнодобывающей, пищевой промышленности, в машиностроении, деревообработке и производстве стройматериалов, то есть везде, где из-за специфики производственных и технологических процессов значение cosj колеблется от 0,5 до 0,8.
Список литературы
1. Беляев А.Н., Смоловик C.B. Проектирование адаптивных автоматических регуляторов возбуждения с помощью нейронечеткого моделирования // Электричество. 2002. №3.
2. Баламетов А.Б., Мусаханова Г.С., Халилов Э.Д. Исследование решения задачи оптимизации режимов электрических сетей по напряжению и реактивной мощности методом последовательной линеаризации и линейного программирования. Электричество. 2003. №3.
3. Борцов Ю.А., Бурмистров A.A., Логинов А.Г., Поляхов Н.Д., Приходько И. А., Хлямков В. А. Робастные регуляторы возбуждения мощных синхронных генераторов // Электричество. 2003. №7.
4. Красовская М.А. Методы и алгоритмы нелинейного программирования в АСУ. М.: Издательство МАИ, 1994.
5. Мелешкин Г. А., Меркурьев Г.В. Устойчивость энергосистем. -СПб.: НОУ «Центр подготовки кадров энергетики», 2006.
S. V. Ershov, B.B. Pozdnovsky
SYSTEM OF COMPENSATION OF JET POWER FOR THE SITE OF THE NETWORK OF THE INDUSTRIAL ENTERPRISES
The system of compensation of jet power, the reason of emergence of jet power, questions of compensation ofjet power is considered.
Key words: jet capacity, compensation of jet power, system of compensation ofjet
power.
Получено 19.06.12
