Компенсатор реактивной нагрузки. Действительно ли так полезен бытовой компенсатор реактивной мощности

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

	напряжение	и током и измер ется в ваттах (Вт):
	Реактивная мощность Q					напряжения, тока и
				произведению
	синуса угла φ межд напряжением и током и				измеряется в вольтамперах
	реа ктивных
		бусловлена тем,
							риемников
	нуждаются для своей работы в переменном электромагнитном поле.
	Из этих выражений следует, что

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;

воз можность

подключения

дополнительных

потребителей

пределах заявленной мощности;

повышение

качества электрической энергии, нормализация уровня

напряжения.

В совр еменных

услови ях для компенсации реактивной мощности

низковольтных пром

шленных и городских электрическ их сетях наибольшее

рас пространение

получили отдельные

конденсаторы или

конденсаторные

уст новки

наиболее

экон мически

пра ктически

выгодных

показателей.

действия

конденсаторных

установок

заключается

сле дующем.

емкост ное

сопротивле ие

величине

индуктивном у, то действия

их токов взаимно

компенсируются. Таким

образом, потребляемая

реактивная

может быть снижена или

всего, реактивная мощн ость

полностью

компенсируется (до

так к к появляется рис к перекомпенсации

(из-за переменных величин

1 активной

мощности

нагрузки, а также иных

случайных

факторов).

В основном,

пытаются

значения

диапазоне 0,90...0,95.

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.

Конде саторна

устано вка

редназначена

реа ктивной

электрическую

сет. Она представляет собой

металлический шкаф,

размещены

конденсаторы,

контакторы,

предохранители,

ру ильник,

микропроцессорный

регулятор

реактивной

регулятор).

Конденсаторная

установка состоит

конденсаторов, мощностью 2,5, 2,5 и

квар. В зависимости от комбинации

включенных

конденсаторов

установка

ступени регулирования

мощ ности: 2,5, 5, 7,5 и 10 квар.

Блок нагрузки (рис.

моделирует акти но-индуктивную нагрузку в

пределах от 0 до 10 к ВА с помощью комбинации дросселей и резисторов.

правления

нагрузкой (рис. 7) позволяет дискретно

акт ивно-индуктивную

нагруз ку. На панели у равления блока размещены

органы управления и элементы

сигнализации.

Рис. 5. Конденсаторная		Рис. 6. Бло нагрузки		Рис. 7. Блок управления
установка				нагрузкой
Для регулирования выдаваемой реактивной мощности конденсаторной
уст новки	в работе использу ется регулятор		CR05 производства фир мы
	обеспечивает	управление реактивной		мощностью установки
зави симости от заданного пользователем cosφ.
	рис. 8 изображен внешний вид			элементы управления
сиг нализации регулятора:

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 .

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ

• Нерегулируемые (постоянной мощности)

Состоят только из фиксированных ступеней. Принцип действия: включение и отключение разъединителя производится в ручном режиме (при отсутствии нагрузочного тока). Марки производимых установок - КРМ, КРМ1, УКЛ, УКЛ56, УКЛ57.

Регулируемые (автоматические)

Состоят только из регулируемых ступеней. Принцип действия: коммутация осуществляется автоматически, включением и отключением ступеней. При этом мощность и момент включения автоматически определяются электронным блоком. Регулируя, повышая значение коэффициента cos(φ), высоковольтные конденсаторные установки "СлавЭнерго" автоматически компенсируют реактивную мощность нагрузки в электрических сетях напряжением 6,3 - 10,5 кВ. Наиболее часто встречающиеся аббревиатуры таких установок - КРМ, УКРМ 6, УКРМ 6,3, УКРМ 10, УКРЛ, УКРЛ56, УКРЛ57.

• Полуавтоматические

Для того, чтобы удешевить установки компенсации реактивной мощности УКРМ 10 кВ и 6 кВ, сохранив при этом высокий уровень их качества, компанией СлавЭнерго были разработаны полуавтоматические компенсаторы реактивной мощности - гибрид двух вышеперечисленных типов УКРМ. В их составе имеются как регулируемые (автоматические) ступени, так и фиксированные (не регулируемые). Такие устройства получили широкое распространение ввиду того, что практически всегда некоторая часть нагрузки в высоковольтной сети присутствует постоянно, в круглосуточном режиме. Для этой "фиксированной" части нагрузки и подбираются соответствующие ёмкости конденсаторных батарей, размещаемых в нерегулируемых ячейках конденсаторных установок. Такие ступени в 2-3 раза дешевле по сравнению с автоматическими ступенями аналогичной мощности, что в свою очередь благоприятно сказывается на стоимости устройства компенсации реактивной мощности УКРМ в целом.

• Фильтровые

Любые вышеперечисленные высоковольтные установки (нерегулируемые, регулируемые, полуавтоматические) при необходимости исполняются с защитными дросселями от гармонических искажений. Подробнее о таких установках Вы можете узнать

Технические характеристики основных высоковольтных УКРМ*

Наименование	Мощность,	Шаги регулировки, квар		Габариты**	(при U=6.3 кВ)	(при U=10.5 кВ)
		Фикс.	Рег.
УКРМ-6,3 (10,5)-150-50 (100р+50р)	150	1х100	1х50	2394 х 1800 х 770	13,75	8,25	480
УКРМ-6,3 (10,5)-300-150 (150ф+150р)	300	1х150	1х150	2394 х 1800 х 770	27,49	16,50	530
УКРМ-6,3 (10,5)-450-150 (300ф+150р)	450	1х300	1х150	2394 х 1800 х 770	41,24	24,74	550
УКРМ-6,3 (10,5)-600-300 (300ф+300р)	600	1х300	1х300	2394 х 1800 х 770	54,99	32,99	600
УКРМ-10,5 (6,3)-900-450 (450ф+450р)	900	1х450	1х450	2394 х 1800 х 770	82,48	49,49	600
УКРМ-6,3 (10,5)-1350-450 (450ф+2х450р)	1350	1х450	2х450	3344 х 1800 х 770	123,72	74,23	910
УКРМ-6,3 (10,5)-2250-450 (3х450ф+2х450р)	2250	3х450	2х450	4294 х 1800 х 770	206,20	123,72	1375
УКРМ-6,3 (10,5)-3150-450 (3х450ф+4х450р)	3150	3х450	4х450	6194 х 1800 х 770	288,68	173,21	1850

Компенсатор реактивной мощности (КРМ-0.4) - высокоэффективное электроустановочное оборудование для рационального использования электрической энергии. Устройства предназначены для автоматического компенсирования реактивной составляющей, стабилизации напряжения сети и обеспечения электромагнитной совместимости потребителей.

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.

Методика выбора устройств компенсации реактивной мощности (КРМ) заключается в выборе устройств, позволяющих улучшить коэффициент мощности потребителя до требуемого значения и состоит из следующих этапов:

• вычисление мощности устройства КРМ;
• проведение необходимых проверок и расчетов;
• собственно выбор устройства КРМ.

Выбор места установки устройства КРМ

В зависимости от особенностей конкретной электроустановки устройства КРМ могут быть установлены, как показано на рис. 1.

1. На вводе на стороне СН.
2. На главной распределительной шине.
3. На вторичной распределительной шине.
4. Индивидуальные конденсаторы нагрузок.

Вычисление мощности устройства КРМ, проведение необходимых проверок и расчетов

В общем случае мощность устройства КРМ определяется по формуле:

• Kc = tgϕ1 — tgϕ2;
• Qc – мощность установки КРМ;
• P – активная мощность;
• Кс – расчетный коэффициент.

Для определения коэффициента Кс существует специальная таблица по которой, зная cosϕ1 и cosϕ2, можно определить данный коэффициент, не прибегая к математическим вычислениям.

Способ вычисления активной мощности P, а также проведение необходимых проверок и расчетов устройства КРМ зависит от места его установки. Дальше будет приведен пример ее вычисления в случае установки устройства КРМ на главной распределительной шине.

Выбор устройства КРМ

Устройства КРМ выбираются по следующим техническим характеристикам:

• номинальная мощность;
• номинальное напряжение;
• номинальный ток;
• количество подключаемых ступеней;
• необходимость защиты от резонансных явлений с помощью реакторов.

Необходимая мощность набирается ступенями по 25 и 50 квар, при этом количество ступеней не должно превышать количество выходов контроллера, устанавливаемого в установку КРМ, так как к каждому выходу может быть подключена одна ступень.

Количество выходов контроллера обозначается цифрой, например, RVC6 (фирмы АББ) имеет 6 выходов.

В случае необходимости защиты от резонансных явлений требуется применение защитных реакторов (трехфазных дросселей), в таком случае должны выбираться установки, например типа MNS MCR и LK ACUL (фирмы АББ).

Пример выбора устройств КРМ

Ниже приведен пример выбора устройств КРМ для сети, показанной на рис.2.

Технические характеристики устройств, образующих сеть, следующие:

Питающая сеть:

• Номинальное напряжение 10 кВ;
• Частота 50 Гц;
• Коэффициент мощности cosϕ = 0,75;

Трансформаторы 1, 2:

• Номинальное напряжение первичной обмотки 10 кВ;
• Номинальное напряжение вторичной обмотки 400 В;
• Номинальная мощность S = 800 кВА;

Данные по кабелям и нагрузкам, подключаемым через вторичные распределительные щиты, представлены в таблице 1. Таблица 1

Выбор места установки устройства КРМ

В качестве места установки устройств КРМ приняты главные распределительные шины, как показано на рис. 3.

1. Требуемые мощности устройств определим по формуле:

2. Суммарные активные мощности нагрузок, получающих питание от каждого из двух трансформаторов, определим по формуле:

подставив значения из таблицы 1, получим:

3. Определяем средневзвешенный cosφ для первого трансформатора по формуле:

4. Определяем средневзвешенный cosφ для второго трансформатора по формуле:

5. Определим коэффициент Кс при помощи таблицы 2, учитывая, что требуемый cosφ 2 = 0,95.

• для первого устройства КРМ Кс1 = 0,474;
• для второго устройства КРМ Кс2 = 0,526.

6. Зная для каждого трансформатора Кс и P, определим требуемые мощности устройств КРМ:

• для первого трансформатора:

• для второго трансформатора:

Расчет мощности устройства КРМ на основе баланса мощности

7. Определим мощность устройства КРМ по формуле [Л5. с 229]. для первого трансформатора:

• для второго трансформатора:

tgϕ1 – фактический тангенс угла до применения установки КРМ;

tgϕ2 – требуемый тангенс угла;

8. Определяем tgϕ1 и tgϕ2 зная cosϕ1 и cosϕ2:

• для первого трансформатора tgϕ1:

• для первого и второго трансформатора tgϕ2:

• для второго трансформатора tgϕ1:

Как видно из двух вариантов расчета мощности КРМ, значения требуемой мощности практически не отличаются. Какой из вариантов выбора мощности устройства КРМ использовать, решайте сами. Я принимай мощность устройства КРМ по варианту с определением коэффициента Кс по таблице 2.

Соответственно принятая требуемая мощность устройства КРМ составляет 270 и 300 квар.

9. Рассчитаем номинальный ток устройства КРМ для первого трансформатора:

10. Рассчитаем номинальный ток устройства КРМ для второго трансформатора:

Защита УКРМ

При выборе автоматических выключателей для защиты устройства КРМ, нужно руководствоваться ПУЭ 7-издание пункт 5.6.15. Согласно которому аппараты и токоведущие части в цепи конденсаторной батареи должны допускать длительное прохождение тока, составляющего 130% номинального тока батареи.

Определяем уставку по защите от перегрузки:

• для УКРМ1: 390*1,3 = 507 А;
• для УКРМ2: 434*1,3 = 564 А

Уставка защиты от КЗ должна быть нечувствительна к броску тока. Уставка составляет 10 x In.

Определяем уставку защиты от КЗ:

• для УКРМ1: 390 x 10 = 3900 А;
• для УКРМ2: 434 x 10 = 4340 А

Проверка установки КРМ на отсутствие резонанса

В данном примере проверка установки КРМ на отсутствие резонанса не выполнялась, из-за отсутствия нелинейной нагрузки, а также отсутствия существенных искажений в сети 10 кВ.

В случае же, если у Вас преобладает нелинейная нагрузка, нужно выполнить проверку УКРМ на отсутствие резонанса, а также выполнить расчет качества электрической энергии после установки УКРМ и загрузку батарей статических конденсаторов (БСК).

Для удобства расчета по выбору устройства компенсации реактивной мощности, я к данной статье прикладываю архив со всей технической литературой, которую использовал при выборе УКРМ.

Литература:

1. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Седьмое издание. 2008г.
2. Учебное пособие по электроустановкам от фирмы АВВ. 2007г.
3. Справочник по компенсации реактивной мощности от фирмы RTR-Energia.
4. Выпуск № 21. Руководство по компенсации реактивной мощности с учетом влияния гармоник от фирмы Schneider Electric. 2008г.
5. Б.Ю.Липкин. Электроснабжение промышленных предприятий и установок, 1990 г.