Автоматические системы (установки) компенсации реактивной мощности напряжением 0,23...1,0 кВ

 

 

Нагрузка в низковольтных сетях 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.

а) 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.

б) 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.

с) 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 1х10+2х15+3х20 кВАр может обеспечить адекватное регулирование в диапазоне 10…90 кВАр с шагом 5 кВАр, а установка с конфигурацией 10х10кВАр – тоже с шагом 10 кВАр, имея при этом стоимость на 15% больше первой установки.

д) структура

Автоматическое устройсто компенсации реактивной мощности 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.

i) 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, произвоимых ООО "Техноэлектро", 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.

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

iii) 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 - тиристоры. 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.

  iv) вспомогательными устройствами являются:

• токоограничивающие (разрядные) реакторы, обладающие малыми потерями и обеспечивающие эффективный разряд батарей в течение 3-5 секунд вместо нескольких минут. Эффективное и недорогое средство повышения скорости работы контакторных и тиристорных 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

 

«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.

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 (конденсаторов, контакторов, защитных элементов).

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:

а) «расстройка» контура «трансформатор-конденсатор» (детюнинг)

Резонанс исключается путем установки специальных "расстроечных" 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.

б) установка поглощающих фильтров (тюнинг)

Резонанс исключается путем установки 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.

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.

 

ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ

Регулируемая автоматическая конденсаторная установка компенсации реактивной мощности обеспечивает соблюдение требуемого коэффициента мощности с большой точностью и в широком диапазоне компенсируемой мощности, а так же:

• автоматически отслеживает изменение реактивной мощности нагрузки в компенсируемой сети и, в соответствии с заданным значением cos φ;
• исключается генерация реактивной мощности в сеть;
• исключается появление в сети перенапряжения, т. к. нет перекомпенсации, возможной при использовании нерегулируемых конденсаторных установок;
• визуально отслеживаются все основные параметры компенсируемой сети;
• контролируется режим эксплуатации и работа всех элементов конденсаторной установки, при этом учитывается время работы и количество подключений каждой секции, что позволяет оптимизировать износостойкость контакторов и распределения нагрузки в сети;
• предусмотрена система аварийного отключения конденсаторной установки и предупреждения обслуживающего персонала;
• возможно автоматическое подключение принудительного обогрева или вентиляции конденсаторной установки.

Конструктивно низковольные установки КРМ представляют собой функционально законченные шкафы, подключаемые к энергосети предприятия, где необходима компенсация реактивной мощности. Габариты и степень защиты шкафов определяются исходя из технических требований заказчика, параметров энергосистемы, характеристик окружающей среды в местах установки. Обратившись к специалистам нашей фирмы вы сможете получить каталог с типовыми техническими решениями установок КРМ нашего производства.

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

• регуляторы KMB Systems (Чехия), KBR (Германия), Control Applications (Израиль), KAEL (Турция), Beluk (Германия), ICAR (Италия), Epcos (Германия); BMR (Чехия), RTR (Испания), Lifasa (Испания), Силкон-Квар (Украина)
• контакторы RTR (Испания), Этал (Украина), Чинт (Китай), Hyundai (Корея), Rade Koncar (Македония), Benedict-Jager (Австрия);
• конденсаторы RTR (Испания), Чинт (Китай), KBR (Германия), Electronicon (Германия), ETI (Словения), ZEZ Silko (Чехия), ICAR (Италия), Epcos (Германия), Lifasa (Испания)
• реакторы RTR (Испания), ZEZ Silko (Чехия), BMR (Чехия), Lifasa (Испания), KBR (Германия)
• тиристорные модули KMB Systems (Чехия), ICAR (Италия),
• защита ступеней:
  • автоматические выключатели Hyundai, Чинт, E-NEXT, ИЭК
  • предохранители ETI, Чинт, E-NEXT,
• промежуточные реле Чинт, E-NEXT, ИЭК, Relpol.

ООО "Техноэлектро" готово предоставить технико-коммерческие предложения по внедрению АУКРМ на различных объектах, исходными данными для которого могут являться данные заполненных опросных листов.

Наше предприятие обеспечивает полный комплекс инжиниринга: от обследования установленного оборудования до сдачи "под ключ"систем компенсации реактивной мощности, систем низковольтной фильтрокомпенсации и низковольтных активных фильтров.

 

Примеры выпускаемых низковольтных установок компенсации реактивной мощности:

Установка компенсации реактивной мощности 600кВАр, 13 ступ. (на базе комплектующих ETI)
Установка компенсации реактивной мощности 200кВАр, 7 ступ., для одесского заказчика (компл. Rade Koncar+ZEZ Silko)

Двухсекционная установка компенсации реактивной мощности 300кВАр, 0,4кВ, 10 ступеней
Установка компенсации реактивной мощности 65кВАр, 0,4кВ, 7 ступеней
Установка компенсации реактивной мощности 85кВАр, 0,4кВ, 5 ступеней		Установка компенсации реактивной мощности 160кВАр, 0,4кВ, 6 ступеней
Установка компенсации реактивной мощности 130кВАр, 0,4кВ, 5 ступеней		Установка компенсации реактивной мощности 200кВАр, 0,4кВ, 10 ступеней
Установка компенсации реактивной мощности 240кВАр, 0,4кВ, 8 ступеней		Монтаж конденсаторов на монтажной панели установки компенсации реактивной мощности 240кВАр, 0,4кВ, 8 ступеней
Установка компенсации реактивной мощности 120кВАр, 0,4кВ, 6 ступеней

<<< Вернуться на страницу низковольтных комплектных изделий