Устройства компенсации реактивной мощности. памятка по основным понятиям
Памятка для менеджеров по продаже электрооборудования.
Раздел: Устройства компенсации реактивной мощности. Основные понятия.
1. Что такое реактивная мощность?
Это условно часть полной мощности, необходимая для работы индуктивной нагрузки в сетях потребителей: асинхронных электродвигателей, трансформаторов и др.
2. Что является показателем потребления реактивной мощности?
Показателем потребления реактивной мощности является коэффициент мощности — Cos φ.
Cos φ уменьшается, когда потребление реактивной мощности нагрузкой увеличивается. Поэтому необходимо стремиться к повышению Cos φ, т.к. низкий Cos φ приводит к перегрузке трансформаторов, нагреву проводов и кабелей и другим проблемам в работе электрических сетей потребителей.
3. Что такое компенсация реактивной мощности?
Это компенсация дефицита реактивной мощности (или просто компенсация реактивной мощности) в сети, что характерно для низкого Cos φ.
4. Что такое устройство компенсации реактивной мощности (УКРМ)?
Устройство, компенсирующее дефицит реактивной мощности у потребителя.
5. Какие устройства компенсации реактивной мощности (УКРМ) применяются?
Самыми распространенными устройствами компенсации являются устройства с применением специальных (косинусных) конденсаторов – конденсаторные установки и конденсаторные батареи.
6. Что такое конденсаторная установка и конденсаторная батарея?
Конденсаторная установка – установка, состоящая из конденсаторов и вспомогательного оборудования — выключателей, разъединителей, регуляторов, предохранителей и т.д. (Рис.1).
Конденсаторная батарея – электрически соединенная между собой группа единичных конденсаторов (Рис.2).
7. Что такое фильтр — компенсирующая установка (ФКУ)?
Это конденсаторная установка, у которой конденсаторы защищены от токов гармоник специальными (фильтровыми) дросселями (Рис.3).
8. Что такое гармоники?
Это ток и напряжение, имеющее частоту, отличную от частоты сети 50 Гц.
9. От каких гармоник защищаются конденсаторы?
От нечетных гармоник относительно частоты 50 Гц (3,5,7,11 и т.д.). Например:
Гармоника№3: 3 х 50 Гц = 150 Гц.
Гармоника№5: 5 х 50 Гц = 250 Гц.
Гармоника№7: 7 х 50 Гц = 350 Гц … и т.д.
10. Почему надо защищать конденсаторы в ФКУ?
Обычные косинусные конденсаторы, применяемые для компенсации, нагреваются под действием тока гармоник до температуры, недопустимой для нормальной работы; при этом сильно сокращается срок их службы и они быстро выходят из строя.
11. Что это — силовой фильтр гармоник?
Это установка, служащая для фильтрации (уменьшения уровня) гармоник в сети (Рис.4). Состоит из конденсаторов и индуктивностей (реакторов), настроенных на определенную гармонику (см. выше).
12. Чем отличается ФКУ от фильтра гармоник?
ФКУ служит для компенсации реактивной мощности; конденсаторы и индуктивности (дроссели) подобраны таким образом, что токи гармоник не проходят через конденсаторы. В фильтрах гармоник наоборот: конденсаторы и индуктивности (реакторы) подобраны так, что токи гармоник проходят (замыкаются) через конденсаторы, поэтому общий уровень гармоник в сети снижается и качество электроэнергии улучшается.
13. Значит ли это, что конденсаторы в фильтрах гармоник нагреваются – ведь через них проходят токи гармоник?
Да, но в фильтрах гармоник используются конденсаторы, специально предназначенные для этого, рассчитанные на большие токи, например, маслонаполненные.
14. В каких режимах работают конденсаторные установки?
— автоматический режим работы – когда конденсаторная установка управляется при помощи регулятора (другие названия: контроллер, регулятор РМ).
— ручной режим – конденсаторная установка управляется вручную, с панели управления установки.
— статический режим – установка только включается и отключается выключателем, внешним или встроенным, без регулирования.
15. Какие параметры установки являются главными?
Главными параметрами УКРМ являются мощность установки и номинальное (рабочее) напряжение.
16. В чем измеряется мощность и напряжение УКРМ?
Мощность УКРМ измеряется в кВАр – киловольт ампер реактивный.
Напряжение измеряется в кВ – киловольтах.
17. Что это — ступени регулирования?
Вся мощность автоматической или с ручным управлением УКРМ разбивается на определенные части – ступени регулирования, которые подключаются регулятором или вручную к сети в зависимости от требуемой компенсации дефицита реактивной мощности. Например:
Мощность установки: 100 кВАр.
Ступени регулирования: 25 25 25 25 — всего 4 ступени.
Поэтому мощность может изменяться со ступенью 25 кВАр: 25, 50(25 25), 75(25 25 25) и 100(25 25 25 25) кВАр.
18. Кто определяет, сколько и какие ступени нужны?
Это определяется заказчиком по результатам обследования сети.
19. Как расшифровать обозначение конденсаторных установок?
Обозначение ВСЕХ устройств компенсации реактивной мощности строится практически по одним правилам:
1. Обозначение типа установки.
2. Номинальное напряжение, кВ.
3. Мощность установки, кВАр.
4. Мощность наименьшей ступени регулирования, кВАр (для регулируемых УКРМ).
5. Климатическое исполнение.
6. Категория размещения.
20. Что такое климатическое исполнение и категория размещения?
Климатическое исполнение — виды климатического исполнения машин, приборов и других технических изделий по ГОСТ 15150-69. Климатическое исполнение, как правило, указывается в последней группе знаков обозначений всех технических устройств, в том числе и УКРМ.
Буквенная часть обозначает климатическую зону:
У — умеренный климат;
ХЛ — холодный климат;
Т — тропический климат;
М — морской умеренно-холодный климат;
О — общеклиматическое исполнение (кроме морского);
ОМ — общеклиматическое морское исполнение;
В — всеклиматическое исполнение.
Следующая за буквенной цифровая часть означает категорию размещения:
1 — на открытом воздухе;
2 — под навесом или в помещении, где условия такие же, как на открытом воздухе, за исключением солнечной радиации;
3 — в закрытом помещении без искусственного регулирования климатических условий;
4 — в закрытом помещении с искусственным регулированием климатических условий (вентиляция, отопление);
5 — в помещениях с повышенной влажностью, без искусственного регулирования климатических условий.
Таким образом, У3, например, означает, что установка предназначена для работы в умеренном климате, в закрытом помещении, без искусственного регулирования климатических условий, то есть без отопления и вентиляции.
21. Какие обозначения УКРМ низкого напряжения встречаются чаще всего?
Примеры обозначений:
УКМ58-0,4-100-25 У3
Это старое обозначение УКРМ:
УКМ58 – Установка конденсаторная, с регулированием по мощности, автоматическая;
0,4 – номинальное напряжение, кВ;
100 – номинальная мощность, кВАр;
25 – мощность наименьшей ступени, кВАр;
У3 – изделие для умеренного климата, для размещения в холодном помещении без вентиляции.
Другое, современное, часто встречающееся обозначение:
КРМ-0,4-100-25 У3
КРМ – установка Компенсации Реактивной Мощности (или Компенсатор Реактивной Мощности).
Остальное как в предыдущем примере.
22. Как обозначаются высоковольтные установки?
Старое (и чаще встречаемое) обозначение высоковольтных установок имеет свои особенности.
УКЛ(или П)56(или 57)-6,3-1350 У3
УКЛ(П) – установка конденсаторная, кабельный ввод слева(Л) или справа(П);
56 – установка с разъединителем;
57 – установка без разъединителя;
6,3 – номинальное напряжение, кВ;
1350 – номинальная мощность, кВАр.
У3- климатическое исполнение и категория размещения.
23. Как обозначаются конденсаторные батареи?
Обозначение конденсаторных батарей строится по такому же принципу:
БСК-110-52000 (или 52) УХЛ1
БСК – Батарея Статических Конденсаторов (Батарея Статическая Конденсаторная)– имеется в виду, что это нерегулируемая (статическая) конденсаторная батарея.
110 – номинальное напряжение, кВ;
52000 – номинальная мощность, кВАр;
Или 52 – номинальная мощность, МВАр (мегавольт ампер реактивных) — 1МВАр = 1000 кВАр.
УХЛ1 – работа в умеренно холодном климате, на открытом воздухе – районы Крайнего Севера, например.
24. Что означает буква «М» в обозначении УКРМ?
Иногда в обозначении УКРМ встречается в конце буква «М». Чаще всего она обозначает, что установка располагается в контейнере (модуле), реже – модернизированная.
25. Что такое модульная конденсаторная установка?
Установка, состоящая из конденсаторных модулей – конструктивно и функционально законченных блоков (Рис.5).
26. Есть ли принципиальные отличия в конструкции УКРМ разных производителей?
Принципиальных отличий в конструкции УКРМ низкого напряжения с электромеханическими контакторами (самых распространенных) нет.
То же можно сказать и об установках высоковольтных — управляемых и статических, а также конденсаторных батареях.
27. Есть ли принципиальные различия в комплектации УКРМ разных производителей?
Да, есть. Разная комплектация, то есть применение комплектующих разных производителей сильно влияет на надежность и конечную стоимость установок. Поэтому во избежание недоразумений рекомендуется выбирать установки с комплектацией из компонентов известных производителей, с хорошей статистикой наработки на отказ.
28. Что входит в комплект поставки УКРМ?
Стандартный комплект поставки УКРМ:
— конденсаторная установка в стандартной упаковке;
— руководство по эксплуатации;
— паспорт;
— комплект ЗИП.
29. Заключение
В этом разделе даны самые необходимые сведения по устройствам компенсации реактивной мощности для менеджеров по продажам. В следующем разделе будет рассказано о компонентах УКРМ.
Использование установок компенсации реактивной мощности (укрм) позволяет
- разгрузить питающие ЛЭП, силовые трансформаторы и распределительные устройства;
- улучшить качество электроэнергии в сети;
- снизить расходы на оплату электроэнергии и общие затраты на энергопотребление
- подключить дополнительную активную нагрузку, без увеличения мощности силового трансформатора и без увеличения сечения питающего кабеля;
- увеличить срок службы электрооборудования;
- автоматически отслеживать изменения нагрузки и компенсации РМ (см. Рисунок 2).
Характерные отраслевые коэффициенты мощности приведены в Таблице 1.
| Тип нагрузки | Примерный коэффициент мощности |
|---|---|
| Мукомольные и крупозаводы | 0,6-0,7 |
| Мясоперерабатывающие предприятия | 0,6-0,7 |
| Мебельные предприятия | 0,6-0,7 |
| Деревообрабатывающие предприятия | 0,55-0,65 |
| Молокоперерабатывающие предприятия | 0,6-0,8 |
| Машиностроительные предприятия | 0,5-0,6 |
| Авторемонтные предприятия | 0,7-0,8 |
Когда мы 7 лет назад начали заниматься проблемой повышения качества и надежности электроснабжения предприятий и снижения энергопотребления при помощи компенсации реактивной мощности, у нас появились вопросы:
- почему в одной сети конденсаторные установки работают отлично, экономят прилично, а в другой — неэффективно;
- почему при их использовании в некоторых случаях возникают нежелательные последствия;
- почему, решив одну проблему, возникают другие, и т.д.
Пришлось взяться за учебники, пройти техническое обучение, перелопатить кучу литературы и Интернет в поисках расчетов, методик выбора, характеристик процессов протекающих в электросетях при работе УКМ.
Мы пришли к выводу, чтобы понять суть процессов, протекающих в конкретной электросети, нужна достоверная техническая информация. Для этого мы начали проводить мониторинг параметров электросети. Были закуплены специальные приборы, позволяющие снимать одновременно несколько десятков характеристик электросети с интервалом в доли секунды.
Как видно из графиков, при выключенной конденсаторной установке Cos F «плавает» от 0,3 до 0,5. При включенной он фактически стабилен на уровне 0,75-0,8. Также при включенной УКРМ сглаживаются пульсации тока и напряжения, характер потребления становится более равномерным и исключает преждевременный выход оборудования из строя. И наконец, уровень нелинейных искажений (гармоник) в сети THDI находится в пределах нормы (не более 5-7%).
За 7 лет нами проведен мониторинг параметров электрических сетей более 30 промышленных предприятий Алтая различного профиля, проанализированы полученные данные, выяснены некоторые закономерности процесса потребления реактивной мощности (РМ).
Анализ результатов измерений в разных участках системы электроснабжения предприятия позволяет определить оборудование, влияющее на качество электроэнергии, генерирующее помехи, которые могут выводить из строя компьютеры и другое электронное оборудование.
Технический эффект, ожидаемый в результате применения УКРМ, представлен в Таблице 2.
| Cos φ1, без компенсации | Cos φ2, с компенсацией | Снижение величины тока и полной мощности, % | Снижение величины тепловых потерь, % |
|---|---|---|---|
| 0,5 | 0,9 | 44 | 69 |
| 0,5 | 1 | 50 | 75 |
| 0,6 | 0,9 | 33 | 55 |
| 0,6 | 1 | 40 | 64 |
| 0,7 | 0,9 | 22 | 39 |
| 0,7 | 1 | 30 | 51 |
| 0,8 | 1 | 20 | 36 |
Экономический эффект от использования УКРМ выражается в значительной экономии энергоресурсов предприятиями, снижением расходов на ремонты и аварии, а также прямой выгодой в виде снижения платы за потребляемую электроэнергию.
Контакторы для коммутации трехфазных конденсаторов
Контакторы для коммутации трехфазных конденсаторов также входят в состав только автоматических установок компенсации реактивной мощности.
быстродействующие контакторы. В отличие от обычных они снабжены дополнительной контактной группой, установленной параллельно основной. К вспомогательным контактам с двух сторон последовательно подключены съемные токоограничивающие элементы, состоящие из нескольких витков проводника с высоким удельным сопротивлением. При коммутациях обе группы контактов приводятся в действие одновременно, но из-за меньшего расстояния, лимитируемого упором, вспомогательные контакты замыкаются на несколько миллисекунд раньше основных, пропускают пусковой ток через токоограничивающие элементы, тем самым ограничивая ток конденсаторной батареи и размыкаются через 5 миллисекунд после надежного замыкания основных силовых контактов.
В противном случае броски тока могут привести к повреждению (залипанию) силовой контактной группы и негативно повлиять на срок службы контактора. Ограничение пускового тока также позволяет избежать просадок напряжения во время переходных процессов. Такая особенность контактной группы гарантирует стабильную и эффективную работу на протяжении всего срока службы контактора.
Контакторы для конденсаторов часто снабжены нормально разомкнутыми и/или замкнутыми вспомогательными контактами.
Методы регулирования
Регулятор реактивной мощности оцифровывает измеряемое линейное напряжение между двумя фазами и ток в третей фазе (чаще всего). Затем, из этих значений, прибор вычисляет: коэффициент мощности, эффективные значения напряжения и тока, гармоническое искажение по напряжению и току.
- APFR (регулирование среднего коэффициента мощности) или мгновенное регулирование cos φ : Контроллер отслеживает средний коэффициент мощности исходя из активной и полной мощности за определенный промежуток времени. Этот метод гарантирует, что контроллер правильно отследит изменение нагрузки с учетом уровня нагрузки и cos φ. Благодаря системе APFR, контроллер компенсации реактивной мощности уменьшает количество переключений ступеней, не внося при этом корректировок в настройки контроллера.
- SHTD: Этот метод использует замедление времени реакции в зависимости от величины разности между установленным коэффициентом мощности и измеренным мгновенным значением. За каждую секунду разница во времени по отношению к реакции уменьшается на квадрат разности до 0 (момент реакции).
- Мгновенного изменения коэффициента мощности: Этот метод реагирует на каждое мгновенное изменение коэффициента мощности путем подключения или отключения необходимой ступени конденсаторной установки исходя из наиболее подходящего по мощности шага ступени. Этот метод используется в основном для динамической системы корректировки коэффициента мощности на базе тиристорных модулей коммутации.
Монтаж конденсаторных установок
Для проведения установочных работ необходимо разработать рабочий проект и согласовать его с соответствующими организациями. Не стоит приступать к монтажу самостоятельно, лучше обратиться в электромонтажные компании и воспользоваться услугами квалифицированного специалиста.
Шкаф в вертикальном положении размещают на бетонном фундаменте (он может быть из свай или железобетонных блоков) с кабельным каналом. Это делают для удобства подключения силового кабеля. Отклонение от необходимого положения допускается только на 5 градусов.
Для комфортного функционирования важно следовать допустимым нормам расстояний по коммуникации сетей внутри площадки. Силовые и контрольные кабели прокладывают снаружи блока в закрытых каналах. При этом их сечение обязательно должно соответствовать расчетной токовой нагрузке.
Перемещение модуля к месту монтажа и дальнейшее размещение на выбранной поверхности должно происходить с помощью грузоподъемного оборудования. Это необходимо, чтобы исключить нарушение целостности изделия, его теплоизоляции и других повреждений поверхности: появление царапин, вмятин.
Для безопасности использования модуль должен быть заземлен в соответствии с надлежащими правилами и нормами. Обычно для внутреннего контура заземления прибегают к стальному силовому каркасу блок-контейнера. Также устанавливают скобы со шпильками. При этом все места подключения заземляющих проводников обозначают соответствующей маркировкой.
После размещения щита на выбранном месте к нему необходимо подвести кабели. Это можно сделать как сверху, так и снизу, в зависимости от конструкции. На этом этапе важно не допустить скрещивания проводов. Чтобы этого избежать используют специальные пластины.
При завершении работы еще раз проверяют реактивный компенсатор. Его внимательно осматривают и удостоверяются в соответствии всех комплектующих проектной документации. При отсутствии несоответствий монтаж считают завершенным.
