Компенсация реактивной мощности

Наша организация имеет возможность изготовить установки СКРМ любой мощности и конфигурации согласно требований заказчика и схемы электроснабжения. Также мы предлагаем комплектные поставки вводных защитных ячеек КСО и всего комплекса оборудования «обвязки», необходимых для подключения установок СКРМ к энергосистеме.

В зависимости от требуемого набора характеристик низковольтные и высоковольтные установки АУКРМ и СКРМ по требованию Заказчика могут комплектоваться конденсаторами и регуляторами MKS-Technology (Германия), Zes Silko (Чехия), Eastel (Украина) или Усть-Каменогорского конденсаторного завода (Россия), а также контакторами Rade Koncar (Македония), Hyundai (Южная Корея) или Eastel (Украина).

Для обеспечения высокой эффективности внедрения систем КРМ необходим комплексный инженерный подход, учитывающий все особенности системы электроснабжения объекта.

В результате установки КРМ на объекте Заказчик получает оборудование со сроком окупаемости 3…9 месяцев, увеличивает эксплуатационный срок кабеля, трансформаторов и другого электрооборудования.

Нагрузка в сетях 0,4кВ имеет индуктивный характер из-за большого количества асинхронных двигателей, а также трансформаторов, работающих с неполной нагрузкой. Такая нагрузка, помимо активной мощности потребляет и реактивную мощность, увеличивая в среднем 20-25% полную мощность по отношению к активной.

Отсутствие компенсирования индуктивной составляющей тока нагрузки приводит к следующему:

• увеличение тока нагрузки, вследствие чего — дополнительные потери в проводниках и снижение пропускной способности сетей;
• завышение мощности трансформаторов и сечения кабелей, отклонение напряжения сети от номинала;
• увеличение платы поставщику электроэнергии и ухудшенное качество электроэнергии.

Снизить отрицательный эффект всех вышеизложенных факторов можно введением емкостной нагрузки в систему и приближения общего характера нагрузки к чисто активному. Наиболее эффективным способом достижения этой цели является применение автоматических установок компенсации реактивной мощности (АУКРМ), которые позволяют автоматически поддерживать заданный коэффициент мощности (КМ) в системе на заданном уровне.

Максимальный эффект от их внедрения можно получить только если рассматривать комплекс вопросов:

Мощность АУКРМ, ее конфигурация и структура

Расчет мощности АУКРМ требует учета следующих факторов: реальная потребляемая мощность нагрузки, характер нагрузки, эксплуатационные режимы работы установки и схемы распределительного устройства (РУ), наличие потенциальных источников гармонических искажений, планируемый срок службы и степень надежности установки, а также целый ряд факторов второстепенного значения. Наиболее важным является определение следующего.

1. характер нагрузки, которую необходимо скомпенсировать определяется:
   • по скорости изменения нагрузки от min до max (не более 20% в течение часа, в пределах 20%…50% в течение 15…20 минут, свыше 100% в течение 3…10 минут);
   • по ориентировочной процентной доле в общей нагрузке: освещения, приводов станков, транспортеров насосов, вентиляторов, кранов, статических полупроводниковых преобразователей, точечной сварки и других потребителей.
2. схема распределительного устройства (РУ), к которому подключается АУКРМ

Немаловажным фактором является и схема РУ. Как правило, АУКРМ подключается по одной к каждой секции РУ, используя для входного сигнала по току трансформаторы тока на вводе в секцию. Однако, при отключении ввода, секция может по АВР получить питание от соседнего ввода, к трансформаторам тока которого не подключена АУКРМ. Результат — потребители секции работают, но компенсация их реактивной мощности не осуществляется. Для исключения таких режимов необходимо применять специальные схемы подключения АУКРМ по цепям трансформаторов тока.

3. конфигурация

Наиболее эффективными являются установки с несимметричной конфигурацией, поскольку могут обеспечить как точное регулирование, так и минимальную частоту коммутации ступеней при меньшей стоимости, по сравнению с симметричными. Так, например, установка мощностью 100кВАр с конфигурацией 1×10+2×15+3×20 кВАр может обеспечить адекватное регулирование в диапазоне 10…90 кВАр с шагом 5 кВАр, а установка с конфигурацией 10×10кВАр — тоже с шагом 10 кВАр, имея при этом стоимость на 15% больше первой установки.

4. структура

АУКРМ является комплектной многокомпонентной системой, состоящей из компенсирующих устройств (КУ), исполнительных устройств (ИУ), различных вспомогательных устройств (ВУ) и системы управления — регулятора реактивной мощности (РРМ). Все перечисленное оборудование устанавливается в соответствующей оболочке (шкафу).

Принцип работы АУКРМ состоит в регулировании коэффициента мощности (КМ) потребителей в соответствии с заданным, путем ступенчатого (или бесступенчатого) регулирования емкости батареи конденсаторов.

Следует особо отметить, что для работы АУКРМ необходим сигнал от трансформаторов тока, измеряющих ток нагрузки ввода, к которому она подключается. Этот трансформатор тока, как правило, устанавливается во вводной ячейке РУ Заказчика (возможно использование существующего) и является единственным компонентом системы компенсации, не входящим в объем поставки АУКРМ.

1. регулятор реактивной мощности — это параметрируемый микропроцессорный контроллер, оснащенный необходимыми устройствами ввода/вывода информации и команд (кнопки, индикаторы, командные выходы для коммутации батарей, интерфейсы) и осуществляющий регулирование КМ в соответствии с задаваемой уставкой. Регулятор измеряет реальный КМ системы, сравнивает с уставкой и вырабатывает выходное воздействие, подключая необходимое число ступеней (конденсаторов) установки. Дополнительно регулятор выполняет функции защиты и сигнализации, отключая ступени в случае аварии (например, полная потеря напряжения или превышение содержания гармонических составляющих в сети) и замыкая соответствующий контакт «Авария» для дистанционной сигнализации.

Кроме основной функции — регулирования, регулятор может также осуществлять измерение тока каждой ступени, реальную потребную реактивную 'мощность, содержание гармоник, а также мониторинг числа включений.

Отдельно следует отметить, что о собенностью РРМ, устанавливаемых «ООО ЭЛПРО-М» является возможность их полностью автоматической настройки на параметры сети и полностью автоматического ввода в работу — после подключения регулятора достаточно только ввести уставку КМ и регулятор начнет работу полностью самостоятельно.

2. Компенсирующими устройствами являются силовые фазовые конденсаторы, предназначенные для работы в сетях соответствующего напряжения с обеспечением требуемых электротехнических параметров.

3. Исполнительными устройствами являются:
   • контактные электромеханические — контакторы , снабжаемые необходимыми токоограничивающими резисторами, которые включаются параллельно основным контактам, шунтируя выброс напряжения при коммутации конденсатора;
   • бесконтактные статические — силовые полупроводниковые ключи. Коммутация цепей осуществляется в момент перехода тока нагрузки через ноль, что исключает необходимость специализированных разрядных устройств, существенно сокращает время перекоммутации одной и той же ступени (0,1-1с вместо 3мин у контакторных систем). Срок эксплуатации не ограничен числом коммутаций (как у контакторов) и определяется только температурным режимом их работы.
4. Вспомогательными устройствами являются:
   • токоограничивающие (разрядные) реакторы, обладающие малыми потерями и обеспечивающие эффективный разряд батарей в течение 3 секунды вместо 1 минуты. Эффективное и недорогое средство повышения скорости работы контакторных систем.
   • антирезонансные реакторы, исключающие возникновение резонанса в системе путем сдвига и фиксации собственной частоты контура «конденсаторы – силовой трансформатор» в безопасную область или устранение гармонических составляющих путем фильтрации.

Способ коммутации ступеней и их быстродействие

1. контакторные АУКРМ

«Классическими» являются ступенчатые установки, которые с помощью микропроцессорного регулятора позволяют оперировать мощностью установки, разделенной на части — ступени. Каждая ступень подключается к сети с помощью электромеханического контактора.

Скорость реакции системы на изменение реактивной мощности ограничивается механическими характеристиками износостойкости контакторов, а также минимальным временем, необходимым для разряда конденсаторов (быстродействие не менее 1-3 мин).

Износостойкость системы зависит от износостойкости контакторов (максимум — 100…200 тыс. циклов, 200 коммутаций в час). Износ контакторов прямо пропорционален точности регулирования и величине разброса минимума и максимума нагрузки; повышение точности регулирования влечет за собой увеличение ступеней установки и ее стоимости.

Способ наиболее эффективен для компенсации реактивной мощности потребителей со статическим графиком потребления мощности — подключаемых к сети не более 10…30 раз в день.

Условная стоимость (в относительных единицах) — 1,0.

ПРИМЕЧАНИЕ: быстродействие таких систем можно искусственно повысить за счет установки специальных разрядных реакторов (уменьшив время разряда до 3с), однако, износостойкость таких систем в любом случае будет определяться ресурсом контакторов.

Условная стоимость — 1,1…1,15.

2. бесконтактные АУКРМ

По командам быстродействующего регулятора, ступени подключаются к сети с помощью полупроводниковых силовых ключей, обеспечивающих включение ступени в момент нулевого тока без переходных процессов, разрушающих электрооборудование. Точность регулирования емкости зависит от соотношения мощности потребной для компенсации и мощности одной ступени БСК.

Скорость реакции системы на изменение реактивной мощности ограничивается быстродействием регулятора (0,25…0,5сек) и не ограничивается механическими характеристиками компонентов. Износостойкость системы зависит только от температурных условий работы полупроводниковых ключей.

Способ наиболее эффективен для компенсации реактивной мощности потребителей с динамическим графиком потребления мощности — подключаемых к сети 10-15 раз в минуту (крановое оборудование, точечная сварка и т. п.).

Условная стоимость — 1,25…1,35.

3. смешанные АУКРМ

Отдельно следует отметить наличие в номенклатуре смешанных установок — контакторно-полупроводниковых. Выполняются такие установки, как правило, несимметричными и, меньшие «регулирующие» ступени снабжаются полупроводниковыми ключами, обеспечивая точное регулирование с частыми включениями (несколько раз в минуту), в то время как контакторные ступени работают в базисе нагрузки, реагируя только на ежесуточные минимумы и максимумы

Условная стоимость — 1,1…1,15.

Резонанс

При величинах КМ системы, превышающих 0,97, и наличии источников гармонических составляющих, резонанс может привести к увеличению тока компенсации, перегреву и выходу из строя оборудования.

Если резонансная частота контура «конденсаторы — трансформатор» близка к гармонике вызванной одной из нагрузок, ток этой гармоники может циркулировать в контуре, вызывая высокое напряжение в линии. Ток компенсации в этом случае может превысить номинальное значение более чем в 2 или 3 раза от его номинальной величины. Резонанс может возникнуть на любой частоте, хотя в большинстве случаев источники синусоидального тока существуют на 5-ой, 7-ой, 11-ой и 13 гармониках.

Как правило, предотвратить это позволяет регулятор, измеряющий гармоники и отключающий часть мощности АУКРМ. Однако, в этом случае достижение требуемого КМ уже невозможно — а значит, эффективность установки существенно снижается.

Реальной защитой могут являться только специальные реакторы, устанавливаемые в каждой ступени и обеспечивающие смещение резонансной частоты контура «конденсатор-трансформатор» ниже доминирующей гармоники или фильтрацию гармоник:

1. «расстройка» контура «трансформатор-конденсатор» (детюнинг)

Резонанс исключается путем установки на БСК специальных реакторов, последовательно соединяемых с конденсаторами, из-за чего резонансная частота контура конденсатор-трансформатор смещается ниже 7-й, 5-й, 3-й гармоники. Показателем «детюнинга» является «коэффициент расстройки», обычно принимаемый 5.5%, 7%, 8%, 12,5% и 14% для обеспечения «фиксации» собственной частоты контура на частотах 213Гц, 189Гц, 177Гц, 141Гц и 134Гц соответственно.

2. установка поглощающих фильтров (тюнинг)

Резонанс исключается путем установки на БСК реакторов аналогичных «детюнинговым», которые совместно с конденсаторами образуют фильтры гармоник определенной частоты (или нескольких частот сразу), исключая, таким образом, проникновение этих гармоник в питающую сеть. Как правило, применяются фильтры 5, 7, 11, 13 гармоник и гармоник выше 15-й.

Условная стоимость реактированных систем — 1,4…1,8.

ВЫВОДЫ:

Результатами внедрения АУКРМ являются:

• снижение нагрузки силовых цепей электроснабжения путем компенсации реактивной составляющей тока нагрузки;
• поддержание группового коэффициента мощности нагрузки объекта в заданных пределах путем регулирования величины компенсационной реактивной мощности в зависимости от заданной уставки;
• оптимизация коммерческих расчетов за потребляемую электроэнергию;
• повышение надежности работы электротехнического оборудования, увеличение его срока службы;
• обеспечение эффективной компенсации реактивной мощности в нормальных, переходных и предаварийных режимах работы;
• поддержания на заданном уровне качества электрической энергии в системе энергоснабжения объекта;
• своевременное представление оперативному персоналу информации о состоянии и режимах работы системы энергоснабжения объекта.

Для обеспечения высокой эффективности внедрения АУКРМ необходим комплексный инженерный подход, учитывающий все особенности системы электроснабжения, в которую планируется установить АУКРМ. В результате Заказчик получает срок окупаемости — 6…9 месяцев.

В качестве компонентов АУКРМ используются только высококачественные изделия зарубежных фирм-производителей:

• регуляторы - MKS-Technology, EASTEL;
• контакторы - Hyundai, EASTEL;
• конденсаторные батареи - MKS-Technology, EASTEL
• защитно-коммутационная аппаратура(автоматические выключатели, предохранители, рубильники) - Hyundai, EASTEL;
• реакторные антирезонансные фильтры - MKS-Technology;
• разрядные реакторы - производства MKS-Technology;
• оболочки шкафов - собственное производство с высококачественной порошковой покраской.

Каталог комплектующих для низковольтных, высоковольтных статических и автоматических УКРМ (1,3 Мб)

ООО «ЭЛПРО-М» готово предоставить технико-коммерческие предложения по внедрению АУКРМ на различных объектах, исходными данными для которого могут являться данные заполненного опросного листа. Кроме того, наше предприятие обеспечивает полный комплекс инжиниринга: от обследования оборудования до сдачи «под ключ» этих систем.

Письмо от ООО "ЭЛЕКТРАНГЕЛ" о приобретении установок компенсации реактивной мощности АУКРМ

Гарантийные обязательства по установкам КРМ