Потери в электрических сетях
К электрическим сетям подключается как активная, так и реактивная нагрузка, которую создают потребители с резкопеременной нагрузкой: например, асинхронные двигатели, сварочные трансформаторы, компрессоры, станки, насосы, электропечи, электролизные печи, люминесцентные лампы.
Переменный ток в устройстве с индуктивными свойствами отстаёт по фазе от напряжения. Это означает, что в любом периоде переменного напряжения есть участки, когда мгновенные значения напряжения и тока имеют разный знак. В эти моменты индуктивная нагрузка возвращает в питающую сеть энергию, запасённую в индуктивности. При этом часть подводимой к устройству энергии не используется в нём. Эту часть принято называть реактивной энергией. Таким образом в сети образуются потери мощности. И, кроме того, реактивная энергия расходуется на нагрев проводов, создавая также и тепловые потери.
Для больших предприятий такие потери могут быть очень чувствительными. Кроме того, генераторы и линии электропередач в этом случае должны быть рассчитаны не только на полезную нагрузку, но, сверх того, и на генерацию и передачу этой бесполезной реактивной энергии.
Снижение потерь в электросетях
Для снижения потерь в электросетях необходимо проводить специальные мероприятия, обеспечивающие сокращение перетока реактивной мощности. В настоящее время наиболее эффективным решением является применение установок компенсации реактивной мощности (КРМ), которые позволяют не только компенсировать реактивный ток и реактивную мощность в сети, но и повысить качество электроэнергии, отдаваемой потребителям.
Чем ниже коэффициент мощности cosφ при одной и той же активной нагрузке электроприемников, тем больше потери мощности и падение напряжения в элементах систем электроснабжения. Так, в сетях с перечисленными в начале данной статьи видами реактивной нагрузки коэффициент мощности может находиться в диапазоне от 0,5 до 0,8.
Соответственно, в первую очередь, необходимо создать условия функционирования электрических сетей, обеспечивающие получение наибольшего значения коэффициента мощности. Для решения этих задач в электрическихсетях предприятий и внедряются устройства и системы компенсации реактивной мощности.В зависимости от особенностей конструкции и исторических причин эти устройства в разных источниках и у разных производителей могут называться по-разному:
- УКРМ – установка компенсации реактивной мощности;
- УКМ – установка компенсации мощности;
- ККУ – комплектная конденсаторная установка;
- УК – установка компенсации.
Наибольший эффект дают комплексные автоматизированные установки компенсации реактивной мощности (АУКРМ). При комплексном подходе конденсаторная установка разделяется на отдельные секции и снабжается специальным контроллером, который следит за величиной реактивной мощности в сети и подключает секции по мере необходимости. Современные контроллеры, кроме того, могут выполнять много дополнительных функций, например, они следят за состоянием конденсаторов, измеряют параметры электроэнергии в сети и выводят результаты измерений на специальный дисплей или передают их в компьютер.
Способы использования установок для компенсации реактивной мощности
- Индивидуальная компенсация реактивной мощности
При индивидуальной компенсации монтаж конденсаторной установки производится рядом с индуктивной нагрузкой. При этом подключение и отключение УКРМ происходит вместе с нагрузкой и, как правило, является нерегулируемой.
Преимущество этого способа состоит в том, что обеспечивается максимальная близость конденсаторной установки к нагрузке и, следовательно, компенсируются потери во всех участках энергосети, от места производства электроэнергии и до точки потребления.
Недостаток такого способа состоит в том, что он эффективен только для нагрузок с постоянной индуктивной составляющей. Если индуктивность нагрузки меняется во время работы, то возможна избыточная или недостаточная компенсация. Кроме того, при выключенной нагрузке УКРМ не используется и простаивает.
- Групповая компенсация реактивной мощности
При групповой компенсации одна УКРМ, как правило, нерегулируемая, используется для нескольких устройств. Такой способ компенсации обеспечивает более эффективное использование конденсаторной установки.
Недостатки групповой компенсации:не компенсируется реактивная мощность в цепях подключения отдельных устройств, менее полная компенсация реактивной мощности.
- Централизованная компенсация реактивной мощности
Централизованная компенсация применяется там, где реактивная мощность нагрузки во время работы изменяется в широких пределах и требуется автоматическая настройка номинальных значений подключенных к сети конденсаторов КРМ.
При централизованной компенсации достигаются наилучшая точность компенсации и наиболее эффективное использование конденсаторов.
Централизованная компенсация может применяться как на стороне высшего напряжения, так и на стороне низшего напряжения.
В первом случае автоматические высоковольтныеконденсаторные установки КРМ подключаются к линиям с напряжением 6 – 10 кВ, и достигается эффективное использование конденсаторов, требуется меньшее их количество и стоимость компенсации 1кВАр получается наименьшей. Но при использовании установок КРМ на стороне высокого напряжения компенсируется только реактивная мощность в высоковольтных линиях, а в трансформаторах подстанции компенсации нет.
Во втором случае применяются низковольтные установки компенсации реактивной мощности (на стороне напряжения 0,4 кВ), которые и обеспечивают компенсацию реактивной мощности в трансформаторах подстанции.
Следует отметить, что при индивидуальной и групповой компенсации возможно также применение и регулируемых (автоматических) установок КРМ (АУКРМ). Эти установки несколько дороже, но их применение может быть более эффективно, поскольку в данном случае при помощи контроллера можно автоматически подбирать требуемый номинал конденсатора КРМ. Также возможно и комбинированное решение: например, одна из ступеней установки всегда включена, а остальные ступени подключаются по мере необходимости при помощи контроллера.
Эффект, достигаемый при компенсации реактивной мощности
Применение установок компенсации реактивной мощности, в первую очередь, приводит к снижению электрических и тепловых потерь в сети и снижению нагрузки на трансформаторы.
За счет становится возможным увеличить количество потребителей, подключенных к сети, используя уже имеющееся оборудование, не устанавливая дополнительных трансформаторов, не подводя дополнительные линии. При этом количество подключённых потребителей может быть увеличено до 30%.
Как уже говорилось выше, при компенсации сокращаются тепловые потери, что позволяет устранить перегрев кабельных линий, автоматов, контакторов, и, в конечном счете, трансформатора. В результате оборудование реже выходит из строя и снижаются затраты на текущий ремонт.
Основной эффект от применения устройств компенсации реактивной мощности выражается в следующих моментах:
- Экономический эффект при внедрении УКРМ – от 5 до 30%, за счет снижения потерь в кабельных линиях и оплаты за реактивную энергию;
- Разгрузка кабельных линий;
- Увеличение срока службы коммутационного оборудования;
- Снижение аварийности;
- Возможность подключения на ту же выделенную мощность дополнительного оборудования.
