Компенсация реактивной мощности

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 следующей векторной диаграммой:

Отставание тока по фазе от напряжения в индуктивных элементах обуславливает интервалы времени (см. рис.), 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 рассеиваясь в активных элементах, а совершая колебательные движения (от нагрузки к генератору и обратно). Соответствующую мощность называют реактивной.

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.

COS φ = P/S.

P-активная мощность;

S-полная мощность;

Q-реактивная мощность.

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 энергоснабжающей 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 необходимо получать (генерировать) непосредственно у потребителя. Эту функцию выполняют установки компенсации реактивной мощности (КРМ), основными элементами которых являются конденсаторы.

Установки КРМ — электроприемники с емкостным током, которые при работе формируют опережающую реактивную мощность (ток по фазе опережает напряжение) для компенсации отстающей реактивной мощности, генерируемой индуктивной нагрузкой.

Реактивная мощность Q пропорциональна реактивному току, протекающему через индуктивный элемент:

Q = U x IL,

где IL – реактивный (индуктивный) ток, U – напряжение сети.

Таким образом, полный ток, питающий нагрузку, складывается из активной и индуктивной составляющих:

I = IR + IL.

Для снижения доли реактивного тока в системе «генератор-нагрузка» параллельно нагрузке подключают компенсаторы реактивной мощности (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.

Где необходима компенсация реактивной мощности

Широкое применение потребителей энергии с резкопеременной нагрузкой и несинусоидальным током, сопровождается значительным потреблением электрической мощности и искажением питающего напряжения, что приводит к росту потерь электроэнергии за счет низкого cos φ и нарушению нормального функционирования потребления электроэнергии.

 

Это предприятия, где используются:

  • Асинхронные двигатели (cos φ ~ 0.7)
  • Асинхронные двигатели, при неполной загрузке (cos φ ~ 0.5)
  • Выпрямительные электролизные установки (cos φ ~ 0.6)
  • Электродуговые печи (cos φ ~ 0.6)
  • Водяные насосы (cos φ ~ 0.8)
  • Компрессоры (cos φ ~ 0.7)
  • Машины, станки (cos φ ~ 0.5)
  • Сварочные трансформаторы (cos φ ~ 0.4) и производства:
    • Пивоваренный завод (cos φ ~ 0.6)
    • Цементный завод (cos φ ~ 0.7)
    • Деревообрабатывающее предприятие (cos φ ~ 0.6)
    • Горный разрез (cos φ ~ 0.6)
    • Сталелитейный завод (cos φ ~ 0.6)
    • Табачная фабрика (cos φ ~ 0.8)
    • Порты (cos φ ~ 0.5)
    • другие.

 

Что мы предлагаем нашим клиентам:

Компания ООО «Центр теплоэнергосбережений», предлагает полный комплекс работ по КРМ на предприятии от технического обследования (инструментального) и разработки ТЭО до выбора в соответствии с пожеланиями Заказчика типа, модели компенсирующего устройства, его поставки и сдачи в промышленную эксплуатацию.

 

Технология решения вопроса КРМ на предприятии состоит из основных ключевых моментов:

  • инструментальные измерения нагрузок, анализ проектной документации,  разработка и анализ перспективы развития системы электроснабжения предприятия;
  • разработка ТЭО для КРМ, на основе расчета потерь электрической энергии и перспективы развития системы электроснабжение; (моделирование)
  • выбор КУ в соответствии с техническими требованиями и пожеланиями  Заказчика;
  • разработка схемы (графика) компенсации реактивной мощности в соответствии с суточными, недельными,  нагрузками предприятия;
  • поставка оборудования на объект;
  • монтаж или шефмонтаж оборудования;
  • пуско-наладочные работы;
  • сдача системы КРМ в опытную, с обучением персонала заказчика, а затем в промышленную эксплуатацию.

 

Для чего это нужно:

Установка устройств компенсации реактивной мощности (УКРМ) позволяет снизить потери электроэнергии, расход электроэнергии и повысить уровень напряжения на шинах электроустановок.

Эффективность подобных мероприятий тем более высока, чем ближе устройство находится к источнику энергопотребления (электроустановке) и выражается в значительном (на 20 — 60 %) снижении нагрузки на токоведущие части и коммутационную аппаратуру.

Окупаемость системы КРМ составляет 6-12 месяцев, за счет снижения до минимума реактивной мощности и снижения на 5-7% потребления активной мощности.

Внедрение КРМ на предприятии снижает оплату за потребляемую электроэнергию, реактивную мощность и генерацию и, в конечном счете, снижает энергоемкость единицы продукции, что является актуальным в условиях постоянного роста цен на энергоносители.