Компенсация реактивной мощности для экономии электроэнергии

Компенсация реактивной мощности для экономии электроэнергии

Возможности компенсации реактивной энергии в быту с помощью Saving Box

Возможности компенсации реактивной энергии в быту с помощью Saving BoxНавязчивая реклама в интернете и даже на государственных каналах телевидения через телемагазин настойчиво предлагает населению устройство для экономии электроэнергии в виде «новинок» электронной промышленности. Пенсионерам предоставляется скидка 50 % от общей стоимости.

«Saving Box» — так называется один из предлагаемых приборов. О них уже писалось в статье «Приборы для экономии электроэнергии: миф или реальность?». Пришла пора продолжить тему на примере конкретной модели, объяснив более подробно:

что такое реактивное сопротивление;

каким образом создается активная и реактивная мощность;

как осуществляется компенсация реактивной мощности;

на основе чего работают компенсаторы реактивной мощности и устройство для экономии электроэнергии.

Людям, купившим такое устройство, приходит по почте посылка с красивой коробочкой. Внутри расположен элегантный пластмассовый корпус с двумя светодиодами на лицевой стороне и вилкой для установки в розетку — с обратной.

Чудо-прибор для экономии электроэнергии (для увеличения нажмите на рисунок):

Чудо-прибор для экономии электроэнергии

На приложенной фотографии показаны заявленные производителем характеристики: 15000 Вт при напряжении в сети от 90 до 250 В. Оценим их с точки зрения электрика-практика по приведенным под картинками формулам.

При наименьшем указанном напряжении такое устройство должно пропускать через себя ток 166,67 А, а при 250 В — 60 А. Сравним полученные расчеты с нагрузками сварочных аппаратов переменного напряжения.

Ток сварки для стальных электродов диаметром 5 мм составляет 150÷220 ампер, а для толщины 1,6 мм достаточно — 35÷60 А. Эти рекомендации есть в любом справочнике электросварщика.

Вспомните вес и габариты сварочного аппарата, который варит электродами 5 мм. Сравните их с пластмассовой коробочкой, величиной с зарядное устройство мобильного телефона. Подумайте, почему от тока 150 А плавятся стальные электроды 5 мм, а остаются целыми контакты вилки этого «прибора», да и вся проводка в квартире?

Чтобы понять причину такого несоответствия, пришлось вскрыть корпус, показав «внутренности» электроники. Там кроме платы для подсветки светодиодов и предохранителя размещена еще одна пластиковая коробочка, для бутафории.

Внимание! В этой схеме отсутствует устройство для экономии электроэнергии или ее компенсации.

Неужели обман? Попробуем разобраться с помощью основ электротехники и действующих промышленных компенсаторов электроэнергии, работающих на предприятиях энергетики.

Принципы электроснабжения

Рассмотрим типовую схему подключения к генератору переменного напряжения потребителей электричества, как маленький аналог питающей электросети квартиры. Для наглядности его характеристик индуктивности, емкости и активной нагрузки показаны обмотка трансформатора, конденсатор и ТЭН. Будем считать, что они работают в установившемся режиме при прохождении по всему контуру тока одной величины I.

Электрическая схема (для увеличения нажмите на рисунок):

Электрическая схема

Здесь энергия генератора с напряжением U распределится составными частями на:

обмотку индуктивности UL;

обкладки конденсатора UC;

активное сопротивление ТЭН UR.

Если представить рассматриваемые величины векторной формой и выполнить их геометрическое сложение в полярной системе координат, то получится обыкновенный треугольник напряжений, в котором величина активной составляющей UR по направлению совпадает с вектором тока.

UХ образован сложением падений напряжений на обмотке индуктивности UL и обкладках конденсатора UС. Причем это действие учитывает их направление.

В итоге получилось, что вектор напряжения генератора U отклонен от направления тока I на угол φ.

Еще раз обратите внимание на то, что ток в цепи I не меняется, он одинаков на всех участках. Поэтому разделим составляющие треугольника напряжений на величину I. На основании закона Ома получим треугольник сопротивлений.

Общее сопротивление индуктивности XL и емкости ХС принято называть термином «реактивное сопротивление» Х. Приложенное к клеммам генератора полное сопротивление нашей цепи Z состоит из суммы активного сопротивления ТЭН R и реактивного значения Х.

Выполним другое действие — умножение векторов треугольника напряжений на I. В итоге преобразований формируется треугольник мощностей. Активная и реактивная мощность у него создают полную приложенную величину. Суммарная энергия, выдаваемая генератором S, расходуется на активную Р и реактивную Q составляющие.

Активная часть расходуется потребителями, а реактивная выделяется при магнитных и электрических преобразованиях. Емкостные и индуктивные мощности потребителями не используются, но нагружают токопроводы с генераторами.

Внимание! Во всех 3-х прямоугольных треугольниках сохраняются пропорции между сторонами, а угол φ не меняется.

Теперь будем разбираться, как проявляется реактивная энергия и почему счетчики бытовые ее не учитывали.

Что такое компенсация реактивной мощности в промышленности?

В энергетике страны, а более точно — государств целого континента, производством электричества занято огромнейшее число генераторов. Среди них встречаются как простые самодельные конструкции мастеров-энтузиастов, так и мощнейшие промышленные установки ГЭС и атомных станций.

Вся их энергия суммируется, трансформируется и распределяется конечному потребителю по сложнейшим технологиям и транспортным магистралям на огромные расстояния. При таком способе передачи электрический ток проходит через большое количество индуктивностей в виде обмоток трансформаторов/автотрансформаторов, реакторов, заградителей и других устройств, создающих индуктивную нагрузку.

Воздушные провода, а особенно кабели, создают в цепи емкостную составляющую. Ее величину добавляют различные конденсаторные установки. Металл проводов, по которым протекает ток, обладает активным сопротивлением.

Таким образом, сложнейшая энергетическая система может быть упрощена до рассмотренной нами схемы из генератора, индуктивности, активной нагрузки и емкости. Только ее необходимо еще объединить в три фазы.

Задача энергетики — дать потребителю качественное электричество. Применительно к конечному объекту это подразумевает подачу на вводной щиток электроэнергии напряжением 220/380 В, частотой 50 Гц с отсутствием помех и реактивных составляющих. Все отклонения этих величин ограничены требованиями ГОСТ.

При этом потребителя интересует не реактивная составляющая Q, создающая дополнительные потери, а получение активной мощности Р, которая совершает полезную работу. Для характеристики качества электричества пользуются безразмерным отношением Р к приложенной энергии S, для чего применяется косинус угла φ. Активную мощность Р учитывают все бытовые электрические счетчики.

Устройства компенсации электрической мощности приводят в норму электроэнергию для распределения между потребителями, уменьшают до нормы реактивные составляющие. При этом также осуществляется «выравнивание» синусоид фаз, в которых убираются частотные помехи, сглаживаются последствия переходных процессов при коммутациях схем, нормализуется частота.

Промышленные компенсаторы реактивной мощности устанавливаются после вводов трансформаторных подстанций перед распределительными устройствами: через них пропускается полная мощность электроустановки. Как пример, смотрите фрагмент однолинейной электросхемы подстанции в сети 10 кВ, где компенсатор принимает токи от АТ и только после его обработки электричество поступает дальше, а нагрузка на источники энергии и соединительные провода уменьшается.

Промышленные компенсаторы электроэнергии в сети 10 кВ:

Промышленные компенсаторы электроэнергии в сети 10 кВ

Компенсация реактивной мощности

Вернемся на мгновение к прибору «Saving Box» и зададим вопрос: как он может компенсировать мощности при расположении в конечной розетке, а не на вводе в квартиру перед счетчиком?

Смотрите на фото, как внушительно выглядят промышленные компенсаторы. Они могут создаваться и работать на разной элементной базе. Их функции:

плавное регулирование реактивной составляющей с быстродействующей разгрузкой оборудования от перетоков мощностей и снижения потерь энергии;

повышение динамической и статистической устойчивости схемы.

Выполнение этих задач обеспечивает надежность электроснабжения и уменьшение затрат на конструкцию тоководов нормализацией температурных режимов.

Что такое компенсация реактивной мощности в квартире?

Электроприборы домашней электрической сети также обладают индуктивным, емкостным и активным сопротивлением. Для них справедливы все соотношения рассмотренных выше треугольников, в которых присутствуют реактивные составляющие.

Только следует понимать, что они создаются при прохождении тока (учитываемого счетчиком, кстати) по уже подключенной в сеть нагрузке. Генерируемые индуктивные и емкостные напряжения создают соответствующие реактивные составляющие мощности в этой же квартире, дополнительно нагружают электропроводку.

Их величину никак не учитывает старый индукционный счетчик. А вот отдельные статические модели учета способны ее фиксировать. Это позволяет точнее анализировать ситуацию с токовыми нагрузками и термическим воздействием на изоляцию при работе большого количества электродвигателей. Емкостное напряжение, создаваемое бытовыми приборами, очень маленькое, как и ее реактивная энергия и счетчики ее часто не показывают.

Компенсация реактивной составляющей в таком случае заключается в подключении конденсаторных установок, «гасящих» индуктивную мощность. Они должны подключаться только в нужный момент на определенный промежуток времени и иметь свои коммутационные контакты.

Такие компенсаторы реактивной мощности имеют значительные габариты и подходят больше для производственных целей, часто работают с комплектом автоматики. Они никак не снижают потребление активной мощности, не могут сократить оплату электроэнергии.

Рекламируемый чудо-прибор «Saving Box» и другие аналогичные устройства не имеет ничего общего с подобными конструкциями. Как устройство для экономии электроэнергии он работать не может.

Заключение

Заявленные производителем возможности и технические характеристики «Saving Box» не соответствуют действительности, используются для рекламы, построенной на обмане.

Обществу защиты прав потребителей и правоохранительным органам давно пора принять меры к прекращению продаж в стране некачественной продукции хотя бы через государственные каналы информации.

Потребляемая активная и реактивная мощность в квартире может быть снижена при выполнении простых рекомендаций, изложенных в статье: «Как экономить электроэнергию в квартире и частном доме».

Компенсация реактивной мощности для экономии электроэнергии

Анонс: Особенности компенсации реактивной мощности в сетях объектов. Компенсация реактивной мощности для экономии электроэнергии в сети на балансе потребителя. Экономическая целесообразность компенсации и выбор коэффициента реактивной мощности.

С учетом интенсивного увеличения индуктивной нагрузки у потребителей – промышленных и непромышленных объектов компенсация реактивной мощности практически всегда актуальна и обеспечивает экономию электроэнергии и, соответственно, энергосбережение и энергетическую эффективность предприятия, организации, однако:

  • несмотря на очевидные технические выгоды от стабилизации основных параметров сети и вывода электрооборудования на оптимальный режим работы, приоритетом выбора для подавляющего большинства объектов остается экономическая целесообразность реализации мероприятий по компенсации реактивной мощности;
  • экономический эффект внедрения установок компенсации реактивной мощности (или иных мероприятий по повышению коэффициента мощности, энергосбережению) рассчитывается по нескольким показателям и по актуальным на текущий момент «Методическим рекомендациям по оценке эффективности и разработке инвестиционных проектов и бизнес-планов в электроэнергетике» (утв. приказом ОАО РАО «ЕЭС России» от 31.03.2008 N 155).
    Расчеты экономического эффекта многоплановые, сложные, требуют большого числа вводных данных, значительного времени и поэтому для оперативной оценки экономической целесообразности мероприятий по компенсации реактивной мощности используют срок окупаемости капитальных вложений, который сегодня принято определять по процентной ставке по кредитам на текущий момент. Так, согласно оф. данным ПАО Сбербанк на конец весны текущего года актуальные средневзвешенные процентные ставки кредитных организаций по кредитным операциям для нефинансовых организаций при кредитовании на срок более года составляли 9.72% годовых, а значит срок окупаемости Тн, как величина, обратная процентной ставке по кредитам, будет 10 лет, и коэффициент экономической эффективности (величина, обратная Тн) равен 0.1;
  • в качестве ключевого критерия экономической целесообразности компенсации реактивной мощности правильно принимать снижение объемов оплачиваемой мощности ΔР (и энергии), поскольку сегодня скидки и надбавки к тарифам на электроэнергию за потребление и генерацию реактивной мощности не действуют и это формализовано Постановлением Правительства РФ от 29 декабря 2011 года N 1178 «О ценообразовании в области регулируемых цен (тарифов) в электроэнергетике» (с изменениями на 29 мая 2019 года) и Приказом Федеральной службы по тарифам от 6 августа 2004 года N 20-э/2 «Об утверждении Методических указаний по расчету регулируемых тарифов и цен на электрическую (тепловую) энергию на розничном (потребительском) рынке (с изменениями на 29 марта 2018 года) (редакция, действующая с 28 апреля 2018 года)».

В свою очередь ΔР по факту определяется снижением потерь активной энергии на передачу реактивной благодаря снижению фактического значения tg(φ) до нормативного (и ниже), установленного для сетей разного напряжения в приложении Приказа Минэнерго РФ от 23 июня 2015 года N 380 «О Порядке расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств) потребителей электрической энергии» и/или договором потребителя с электроснабжающей организацией.

Таблица. Актуальные максимальные значения коэффициента реактивной мощности в часы больших суточных нагрузок электрической сети согласно Приказа Минэнерго РФ от 23 июня 2015 года N 380.

Уровень напряжения в точке поставки потребителяМаксимальное значение tg(φ)
110 кВ (154 кВ)0,5
35 кВ (60 кВ)0,4
1-20 кВ0,4
ниже 1 кВ0,35

Компенсация реактивной мощности для экономии электроэнергии в сети на балансе потребителя.

Безусловными сегодня следует признать факты того, что:

  • финансовая выгода от компенсации реактивной мощности в сети на балансе потребителя происходит не за счет снижения потребления объема реактивной энергии, как заявляют производители установок повышения коэффициента мощности, а исключительно благодаря сокращению объемов оплачиваемой мощности ΔР;
  • коэффициент мощности был и остается малоинформативным для ответа на вопрос, когда необходимо делать компенсацию реактивной мощности, поскольку даже при cos(φ) = 0.97 реальный коэффициент реактивной мощности tg(φ) = 0.25 и реактивная мощность составляет Q = S*tg(φ)/√(1+tg²(φ)) = 0.25*S/1.03 = 0.24*S или 24% объема потребляемой энергии (см. таблицу соотношения cos(φ) и tg(φ), а также формулу зависимости реактивной и полной мощности в этом материале);
  • оптимальной взаимовыгодной схемой размещения источников (ИРэ, ИРэс, ИРп) и потребителей (ПРэс, ПРп) реактивной мощности будет вариант «б» на рис. ниже, когда полностью отсутствуют перетоки реактивной мощности по сетям и обеспечивается качество электроэнергии.

Т.е. даже при мало ощутимой в финансовом плане, выгода от компенсации реактивной мощности в сети на балансе потребителя будет всегда, и она будет выражена в улучшении работы оборудования, оптимизации производственно-технологических процессов, повышении качества и, соответственно, конкурентоспособности продуктов/услуг.

Когда необходимо делать компенсацию реактивной мощности.

Если на объекте:

  • существует система автоматизированного учета электроэнергии на базе электронных многофункциональных счетчиков, регистрирующих текущие усредненные значения активной Рф и реактивной Qф мощности в определенных временных интервалах;
  • осуществляется энергоаудит с замерами активной Рф и реактивной Qф мощности во время пиковых (и минимальных) загрузок, то с помощью фактических значений Рф и Qф можно просчитать коэффициент реактивной мощности tg(φ)ф, который при сравнении с нормативным tg(φ)н покажет состояние компенсации реактивной мощности в сети.

Вместе с тем, однозначное решение, когда необходимо делать компенсацию реактивной мощности, принимается по значению ΔР (см. рис. ниже), которое можно определить по формуле ΔР = Рф – Рн = Кип*(Qф – Qн), где коэффициент изменения потерь активной мощности Кип при отсутствии заданной величины для промышленных предприятий принимают равным 0.07.

Учитывая, что Qф = Рф*tg(φ)ф после преобразований получим

Подставив Qн в формулу ΔР получаем:

и после преобразований

Полученная формула показывает, что при:

  • tg(φ)ф = tg(φ)н отсутствует экономия оплачиваемой мощности и компенсация реактивной мощности даст только техническую выгоду в плане стабилизации параметров сети и оптимизации работы электрооборудования;
  • tg(φ)ф > tg(φ)н ΔР > 0, т.е. потребителю придется заплатить за больший объем потребляемой мощности;
  • tg(φ)ф ˂ tg(φ)н ΔР ˂ 0, а значит экономится мощность, энергия и счета на оплату будут меньше.

Так, например, если усредненное значение Qф в интервале пиковой нагрузки по показаниям счетчика (или результатам энергоаудита) 10000 кВАР и расчетный tg(φ)ф = 0.55 при нормативном tg(φ)н = 0.45, то

ΔР = 0.7*10000*(0.55 – 0.45)/(0.55*(1 – 0.7*0.45)) = 1872 кВт, что при 8-часовом режиме работы за месяц добавит почти 450 тыс. кВт*ч электроэнергии к счету оплаты.

В то же время, если за счет компенсации реактивной мощности снизить tg(φ)ф до 0.35, то

ΔР = 0.7*10000*(0.35 – 0.45)/(0.35*(1 – 0.7*0.45)) = — 2917 кВт, а это за месяц 875 тыс. кВт*ч экономии электроэнергии и, соответственно меньше затрат на оплату.

Экономическая целесообразность компенсации и выбор коэффициента реактивной мощности.

Оценка экономии электроэнергии по ΔР в совокупности со сроком окупаемости капитальных вложений Тн позволяет определить не только экономическую целесообразность мероприятий по реактивной мощности, но и выйти на пороговый коэффициент реактивной мощности для установок повышения коэффициента мощности.

Так, ΔР*N*Тсред не должно быть больше Зун, где N – количество часов работы в год (ч/год), Тсред усредненный тариф за оплату электроэнергии в руб/(кВт*ч), Зу – суммарные затраты на установку компенсации реактивной мощности (руб), Тн – срок окупаемости (10 лет).

Компенсация реактивной мощности: успешные варианты энергосбережения

Компенсация реактивной мощности (КРМ) является одним из важных вопросов, который связан с результативным потреблением энергии. Компенсации реактивной мощности помогают предприятиям существенно уменьшить затраты электроэнергии, а также свести к нулю потребность в дополнительных устройствах вырабатывающих электроэнергию.

Как известно, Линии энергосбережения часто приходят в аварийное состояние. Одно из решений данной проблемы — это применение устройств компенсации реактивной мощности (КРМ), которое помогает максимально снизить процент выхода из строя оборудования и увеличивает срок эксплуатации оборудования.

Конденсаторные установки компенсации реактивной мощности являются одним из основных способов компенсации реактивной мощности. Главными элементами КРМ являются конденсаторы, которые позволяют добиться отличных результатов в вопросе компенсации реактивной мощности энергосетей. Так же, применение конденсаторных установок позволяет увеличить временной ресурс энергоснабжения. КРМ помогают стабилизировать энергоснабжение при резких нагрузках и скачках напряжения.

Устройства компенсации реактивной мощности являются одним из типов электрощитового оборудования, которое успешно применяется для энергосбережения и эффективно справляется со своими задачами.

Конденсаторные установки изготавливаются в двух вариантах: моноблочном и модульном. Модульные конденсаторные установки применяются для компенсации реактивной мощности в групповых сетях, а также в сетях энергообеспечения на средних и крупных предприятиях. Моноблочные конденсаторные установки широко используются для реактивной мощности в групповых сетях энергоснабжения на малых предприятиях.

Компанией «РУСЭЛТ» освоено изготовление следующих устройств компенсации реактивной мощности (КРМ):

  • контакторные (серии КРМ-К);
  • тиристорные (серии КРМ-Т);
  • фильтрокомпенсирующие (серии КРМ-Ф);

Компактные «MINI» (серии КРМ-М).

Компенсаторы реактивной мощности — КРМ-К с пошаговым регулированием реактивной мощности, предназначены для повышения коэффициента мощности нагрузки с широким диапазоном изменения потребления реактивной мощности.

Компенсаторы реактивной мощности

Каждый КРМ-К комплектуется регулятором, подключенным к компенсируемой сети и отслеживающим изменение потребления нагрузкой реактивной мощности. По поступающим от регулятора реактивной мощности командам управления, КРМ-К автоматически производит набор необходимой мощности компенсации, что не требует вмешательства обслуживающего персонала.

Для управления ступенями КБ используются специальные электромеханические контакторы, безопасность эксплуатации КРМ-К производства «РУСЭЛТ» обеспечивается наличием размыкателей с плавкими предохранителями, устройств разряда и защиты конденсаторов. Для КРМ-К , при необходимости, может быть предусмотрена установка принудительной вентиляции и устройства подогрева воздуха внутри шкафа.

Компенсаторы реактивной мощности тиристорные (серии КРМ-Т)

Предназначены для быстрой коррекции коэффициента мощности нагрузки в широком диапазоне изменения потребления реактивной мощности нагрузки.

Компенсаторы реактивной мощности

Каждый КРМ-Т комплектуется специальными тиристорными контакторами, управление которыми производится от внешнего источника постоянного тока напряжением 15. 30 В через транзисторные выходы специальных модификаций регуляторов реактивной мощности, подключенных к компенсируемой сети и отслеживающим изменение потребления нагрузкой реактивной мощности. По поступающим от регулятора реактивной мощности командам управления КРМ-Т автоматически производит набор необходимой мощности компенсации.

В КРМ-Т производства «РУСЭЛТ» применение тиристорных ключей обеспечивает высокое быстродействие регулирования и снижение бросков токов коммутации при переключении КБ ступеней.

Компенсаторы реактивной мощности фильтрокомпенсирующие (серии КРМ-Ф)

Аналогично КРМ-К — это установки компенсации реактивной мощности с пошаговым регулированием. Применяются для компенсации реактивной мощности в сетях с повышенным уровнем гармоник. Последовательно с КБ каждой ступени регулирования подключается специальный трехфазный дроссель, который защищает конденсаторы от присутствующих в компенсируемой сети гармонических составляющих соответственно выбранному коэффициенту частотной расстройки ступеней и предотвращает появление резонансного режима на частоте присутствующих в сети гармоник. Частота расстройки ступеней конденсаторных батарей выбирается таким образом, чтобы она была ниже частоты наибольшей гармоники компенсируемой сети.

Компенсаторы реактивной мощности производства «РУСЭЛТ» допускают совокупное (в том числе от наличия гармоник) увеличение номинального тока не более чем на 30%, поэтому из-за возможных значительных токовых перегрузок использование в таких сетях конденсаторных батарей без защитных дросселей недопустимо. Применение КРМ-Ф характерно для промышленных сетей электроснабжения, так, на сегодняшний день, доля таких конденсаторных установок в системах промышленного электроснабжения Центральной Европы составляет около 90%.

КРМ-Ф номинальной мощностью от 100 до 1000 кВАр (включительно) на номинальное напряжение 0,4 кВ, выполняются в напольном исполнении. Ступени КРМ-Ф оборудованы размыкателями с комплектом плавких предохранителей. Принимая во внимание значительное выделение тепла на дросселях, шкафы КРМ-Ф оборудованы принудительной вентиляцией.

Компактные компенсаторы реактивной мощности «MINI»

Компенсаторы реактивной мощности

КРМ-М представляет управляемое малогабаритное устройство для компенсации реактивной мощности в низковольтных (380В) сетях переменного тока 50 Гц. Состоит из четырех основных узлов:

  • двух трехфазных или трех однофазных конденсаторов;
  • управляемого переключателя для подключения к сети необходимой секции конденсаторных батарей;
  • встроенный регулятор реактивной мощности;
  • встроенный миниатюрный автомат защиты.

КРМ-М можно использовать как отдельно, так и параллельном режиме с другими КРМ (до 32 шт. в параллельной работе), удобно встраивается в другие электротехнические устройства, такие как: распределительные шкафы, стабилизаторы и т.д.

Компенсация реактивной мощности

По нашему мнению существуют следующие аспекты компенсации реактивной мощности (РМ):
РМ как фактор качества электроэнергии;
РМ как фактор энергосбережения;
РМ как фактор экономии денежных ресурсов.

Здесь нужно оговориться. Дело в том, что сам автор считает термин «Энергосбережение» не вполне корректным, потому- что лучшее энергосбережение- это просто выключить рубильник и не потреблять. Тогда вы сэкономите всю электроэнергию. Наша задача иная, -показать, что при грамотном расходовании электроэнергии на производстве и в быту, можно добиться впечатляющих результатов в деле снижения удельного потребления электроэнергии, т.е. снизить % долю электроэнергии в себестоимости продукции за счет рационального перераспределения и эффективного использования её внутри предприятия. А для этого нужно научиться эффективно управлять потреблением электроэнергии.

Цель этой статьи: собрать воедино разрозненную информацию о влиянии РМ на потребление электроэнергии с точки зрения энергосбережения, проанализировать это влияние и представить на суд читателей для более полного понимания сути этой проблемы.

Эта статья обращена прежде всего к тем, кто не знает об огромном потенциале РМ как энергосберегающего фактора, либо недооценивает этого влияния.

Основной принцип, который необходимо знать и применять для решения проблем энергосбережения, заключается в том, что даже самые дорогие инвестиции не дадут ожидаемых результатов, если перед этим не провести точного технико-экономического анализа. Как известно, для создания магнитного поля электродвигателя необходим реактивный ток. Поэтому производственные мощности (ЛЭП, генераторы, трансформаторы и т.д.) рассчитаны на эту дополнительную часть тока (см. рис 1.) и передают ее по сетям.

Но при этом передаваемая от энергоснабжающей организации к потребителю РМ должна быть как можно меньше, чтобы не загружать дополнительно трансформаторы, линии этим током. Поэтому требуется компенсировать РМ в месте ее повышенного потребления, т.е. у потребителя. Соотношение активной мощности к полной и есть Cos Fi

Необходимая мощность конденсаторных установок определяется так:

Каждый электроприемник предназначен для работы при номинальных (или близких к ним) параметрах электрической энергии (напряжении, частоте, Cos Fi и т. п.), и для его нормальной работы должно быть обеспечено требуемое качество электроэнергии. Поэтому, если качество электроэнергии не соответствует необходимым параметрам ( а все мы знаем, что это случается сплошь и рядом, то соответственно все электроприемники работают не в номинальном режиме и потребляют больше электроэнергии. Чтобы избежать излишнего потребления электроэнергии, предусматривают мероприятия по компенсации РМ.

Здесь находится первый резерв энергосбережения. Как оценить его потенциал?

Как известно, существует несколько видов компенсации РМ:
единичная;
групповая;
общая, (централизованная).

Рассмотрим единичную компенсацию трех основных электроприемников РМ:
силовые трансформаторы;
сварочные аппараты;
электродвигатели.
При единичной компенсации силового трансформатора компенсируется только реактивная мощность холостого хода трансформатора. Для трехфазных трансформаторов, в зависимости от их мощности, компенсируемая мощность составляет от 3-х до 10% от номинальной мощности трансформатора(см.талб.1). Следовательно потенциал энергосбережения одного силового трансформатора при единичной компенсации в зависимости от его мощности составляет 3-10%.

Таблица 1. Нормативный показатель мощности конденсатора в зависимости от напряжения

При единичной компенсации сварочных аппаратов мощность конденсаторов составляет от 30 до 40% от его полной мощности.

Следовательно, потенциал энергосбережения сварочных аппаратов при единичной компенсации составляет 30-40%.

При единичной компенсации электродвигателей реактивная мощность конденсаторов должна соответствовать току холостого ходя электродвигателя (см.Табл.2)

При единичной компенсации электродвигателей мощность конденсаторов составляет от 30 до 40% от его полной мощности.

Следовательно, потенциал энергосбережения электродвигателей при единичной компенсации составляет 30-40%.

Таким образом, при единичной компенсации достигается максимальный эффект энергосбережения, поскольку компенсируется каждый повышенный источник потребления РМ в сети предприятия. При ограниченной мощности, передаваемой от ЭСО к потребителю эти меры дают совокупный эффект экономии электроэнергии в размере 10-20%.

Но экономически невыгодно ставить конденсаторную установку возле каждого электродвигателя, поэтому используют групповую компенсацию, которая компенсирует, например один отходящий фидер от трансформаторной подстанции. Эта мера позволяет компенсировать РМ, потребляемую группой потребителей. Хотя она не так эффективна, как единичная, но позволяет достаточно эффективно управлять потреблением РМ.

Таблица 2. Нормативный показатель потребления реактивной мощности

В этом случае экономия электроэнергии составляет 5-10%. Если рассматривать групповую компенсацию с точки зрения соотношения: инвестиции/экономия энергии, то это самый оптимальный способ сокращения затрат на потребление электроэнергии.

Представляет интерес оценка технико-экономической эффективности повышения к-та мощности Cos Fi у потребителей средствами компенсации РМ (при допущении, что потребляемая активная мощность является постоянной)

В Табл.3 приведены результаты снижения нагрузки (полной мощности), а также потерь активной мощности в реальной сети предприятия до и после компенсации:

Табл. 3 Снижение потерь активной мощности Tg Fi (Cos Fi)

Tg Fi (Cos Fi) до компенсацииTg Fi (Cos Fi) после компенсацииСнижение полной мощности в %Снижение потерь активной мощности в %
2,24 (0,4)0,5 (0,89)54,4279,23
2,0 (0,46)0,5 (0,89)5075
1,0 (0,71)0,5 (0,89)20,9437,5
0,8 (0,77)0,5 (0,89)12,723,78
0,6 (0,86)0,5 (0,89)4,138,09
1,0 (0,71)0,4 (0,93)23,8442
0,8 (0,77)0,4 (0,93)15,929,2
0,6 (0,86)0,4 (0,93)7,6514,71
1,0 (0,71)0,35 (0,94)25,0843,88
0,8 (0,77)0,35 (0,94)17,2731,55
0,6 (0,86)0,35 (0,94)9,1517,46

Табл. 3 Снижение потерь активной мощности Tg Fi (Cos Fi)

Вернемся в недалекое прошлое.

Если в 70-е и 80-е годы прошлого столетия соотношение потребления активной и реактивной мощности составляло 0,7/0,3, то сегодня оно примерно оценивается как 1 кВАр на 1 кВт суммарной активной нагрузки, т.е. 1/1. При этом доля потерь реактивной мощности составляет 30-50% в зависимости от характеристик потребителей, числа ступеней трансформации и протяженности сетей.

За последние годы характер потребления электроэнергии сильно изменился. Это обусловлено увеличением мощности нелинейных потребителей, а также опережающим ростом потребления РМ по отношению к активной из-за уменьшения загрузки силовых трансформаторов. Это является характерной чертой современной электроэнергетики, отрицательно влияющей на качество и потери электроэнергии.

Поэтому основная задача оптимизации электропотребления как на стадии проектирования, так и на стадии эксплуатации системы электроснабжения, состоит в том, чтобы наиболее полно обеспечить компенсацию РМ в сети.

В связи с этим возникает необходимость установки источников РМ не только в электросетях предприятий, но и в энергосистемах, которые обеспечили бы компенсацию избыточной РМ как энергосистемы, так и потребителя. При этом установка компенсирующих устройств непосредственно у потребителей улучшает технико-экономические показатели всей системы электроснабжения, что непосредственно сказывается на экономической эффективности энергопотребления.

Табл.4 Снижение тепловых потерь при компенсации РМ

Cos Fi до компенсацииCos Fi после компенсацииСнижение величины тока и полной мощности в %Снижение величины тепловых потерь в %
0,50,94469
0,515075
0,60,93355
0,614064
0,70,92239
0,713051
0,812036

Табл.4 Снижение тепловых потерь при компенсации РМ

С чего начать? Мониторинг параметров электросети

Чтобы понять суть процессов, протекающих в конкретной электросети, нужна достоверная техническая информация. Для этого необходимо проводить мониторинг параметров электросети, снимая и фиксируя специальными приборами одновременно несколько десятков характеристик электросети с интервалом в доли секунды. (Токи, напряжения, активные, реактивные и полные мощности по каждой фазе, cos F, гармонический состав сети и т.д.). Полученную информацию необходимо обрабатывать, анализировать, и только после этого можно будет с уверенностью сказать, что за процессы протекают в вашей электросети, самое главное, где, каким образом и сколько нужно компенсировать реактивной мощности, чтобы электроэнергия, получаемая от поставщика, имела бы необходимые показатели качества, и расходовалась самым экономичным образом на нужды предприятия, без потерь, а вы бы еще и экономили эту самую электроэнергию.

После опубликования Приказа Минпромэнерго от 22 февраля 2007 года № 49, утверждающего «Порядок расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии (договоры энергоснабжения)» наконец-то появилась нормативная база для планомерного, экономически оправданного комплекса мер по снижению энергопотребления в масштабах всей страны.

В новых условиях энергосистемам начали подготовку к переходу на новый уровень взаимоотношений с потребителями и новой организации работ по управлению реактивной мощностью. Потребителям же следует подготовиться к наступающим переменам во взаимоотношениях с ЭСО и принять необходимые технические меры для компенсации РМ.
Вот основные:

  • Установка коммерческого учета реактивной мощности на предприятии.
  • Установка компенсирующих устройств.

Заключение

Сегодня, когда промышленное производство восстановило свой до перестроечный уровень потребления электроэнергии, а кое-где и превысило его, необходимо проводить техническое обучение методам компенсации РМ на предприятиях, где объяснять потребителю, что соблюдение режимов компенсации реактивной мощности, позволит ему улучшить надежность своих сетей и увеличить пропускную способность оборудования, снизить потери электрической энергии, в конечном счете — улучшить свои экономические показатели.

По нашему мнению эту работу должны прежде всего проводить местные органы Ростехнадзора совместно с техническими службами местных сетевых компаний. К этой работе могли бы подключиться и профильные ВУЗы, имеющие солидный интеллектуальный багаж, и вооруженные передовыми теоретическими знаниями в этой.

В данной статье мы рассмотрели второй аспект компенсации РМ — ее энергосберегающий характер. Как показала практика, решение проблемы энергосбережения неоднозначно. При её решении выбор правильного пути реализации энергосберегающих мероприятий должен быть за специалистами.

Компенсация реактивной мощности для экономии электроэнергии

Компенсация реактивной мощности для экономии электроэнергии

На сегодняшний день свою популярность набирает компенсация реактивной мощности для экономии электроэнергии. Многие пользователи еще не знают преимуществ экономии с помощью компенсации реактивной мощности. Экономия электрики с помощью компенсации реактивной мощности предполагает в себе разгрузку электрической сети. Для организации экономии вам необходимо будет установить в своем доме специальные станции, которые будут компенсировать энергию. Иногда также может возникнуть проблема, что компенсация реактивной мощности не принесет вам значительных результатов.

Компенсация реактивной мощности

Довольно часто многие пользователи сталкиваются с тем, что платить меньше не стало. Именно поэтому необходимо обратиться к своему поставщику оборудования. В этом случае вам могут сказать, что загруженный трансформатор имеет низкий косинус фи. Это наиболее актуальная и распространенная проблема, с которой сталкиваются многие. Именно эта причина и становится основой того, что даже если компенсация реактивной энергии выполняется правильно, то платить все равно нужно будет значительно дороже.

Компенсация реактивной мощности

Для того чтобы быстро справиться и решить эту проблему вам необходимо перевести учет потребления электроэнергии на низкую сторону. Если вас не устраивает этот вариант, тогда вам придется компенсировать свой низкий косинус на высокой стороне прибора. Это достаточно дорогой процесс и поэтому выбора просто не остается. Если у вас нет возможности выполнить и этот вариант, тогда вам придется просто подключить все приборы к одному вводу. Благодаря этому вы сможете загрузить свой трансформатор.

Компенсация реактивной мощности в этом случае будет проходить через специальные клеммы силового трансформатора. Эти конденсаторы смогут компенсировать реактивную мощность, которую выдает трансформатор. Вам необходимо помнить о том, что это решение сможет дать вам значительный результат в том случае, если вы постоянно будете нагружать свой трансформатор. Если этого не произойдет, тогда компенсация реактивной мощности будет бесполезна.

Изменения тока при наличии индуктивной нагрузки

Если экономия электричества с помощью компенсации реактивной мощности у вас никак не получается, то необходимо установить датчик тока на высокой стороне. Это будет единственный выход из вашей ситуации. Благодаря этому датчику компенсация мощности точно должна будет получиться. Если вы смогли разобраться со всеми нюансами, тогда вы естественно зададите себе вопрос как же сэкономить еще больше. Выход из этой ситуации существует. Для этого необходимо будет внедрять новые технологии, которые будут работать на базе преобразовательной частоты. Вы сможете получить до 40% экономии электроэнергии, если внедрите специальный частотно-регулируемый электропривод.

Все приборы, которые вы будете устанавливать, необходимо регулярно проверять. Если этого не делать, то могут возникнуть значительные поломки.

Проблемы компенсации реактивной мощности из-за высших гармоник

На сегодняшний день практически любая выпрямительно-емкостная нагрузка способна генерировать высшие гармоники. При их обнаружении вам необходимо будет их подавлять. Способов как это сделать существует достаточно много. Этот прибор для экономии электроэнергии также может вызвать и проблемы. К основному из них относится установка силовых дросселей и активных фильтров. Без этих приборов компенсация реактивной мощности будет терять свою силу. Силовые дроссели вам необходимо будет установить в звене постоянного тока. Эти устройства будут эффективны только в том случае, когда мощность преобразовательной техники на данный момент будет составлять не более 20%. Если мощность будет больше, тогда вам необходимо будет использовать специальные фильтры гармоник.

Проблемы компенсации реактивной мощности

На сегодняшний день особого внимания заслуживают специальные активные фильтры. В последнее время они все чаще используются на предприятиях. При необходимости вы легко можете запрограммировать их на подавление гармоники. В последнее время многие просто перестали бороться с высокими гармониками. Именно из-за этого компенсация реактивной мощности теперь будет не такой значительной.

Когда речь зайдет о погрешности в измерениях, то для их быстрой нейтрализации вам может потребоваться использование некоторых приборов. На сегодняшний день на рынке продукции вы точно сможете найти то, что вам необходимо. Если этого не сделать, тогда практически всегда ваши данные будут изменены. К показателям коммерческого счетчика вам необходимо будет подключить специальные регуляторы напряжения. Они позволяют выполнять качественные замеры. Тогда компенсация реактивной мощности точно будет действительной.

Читайте также  Какой теплый пол лучше греет и меньше потребляет ресурсов
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector