В условиях дефицита и увеличения стоимости энергоресурсов, роста объемов производства и инфраструктуры городов все более актуальной становится проблема энергосбережения и экономии электроэнергии в частности.
Большинство электроустановок наряду с активной мощностью потребляют и реактивную мощность, которая расходуется на создание электромагнитных полей и является бесполезной для потребителя. Наличие реактивной мощности снижает качество электроэнергии, приводит к таким явлениям, как увеличение платы за электроэнергию, дополнительные потери электроэнергии и перегрев проводов, перегрузка подстанций, необходимость завышения мощности трансформаторов и сечения кабелей, просадки напряжения в электросети. В настоящее время прирост потребления реактивной мощности превышает рост потребления активной мощности вследствие бурного внедрения современных электротехнических устройств (системы освещения и рекламы, устройства кондиционирования, частотные преобразователи электроприводов, импульсные блоки питания и т.д.).
В электрических сетях с чисто активной нагрузкой протекающий ток не опережает напряжение и не запаздывает по отношению к нему. При индуктивной нагрузке ток отстает от напряжения, при емкостной — опережает напряжение. Индуктивный характер нагрузка имеет при работе электродвигателей, компрессоров, электромагнитов и др., что наиболее типично для большинства потребителей. В этом случае снижается коэффициент мощности, и для его повышения необходимо подключать емкостную нагрузку, которая компенсирует индуктивную составляющую. В результате, это приводит к тому, что суммарная нагрузка становится чисто активной и коэффициент мощности приобретает максимальное значение.
Применение конденсаторных установок, работающих в автоматическом режиме, позволяет компенсировать реактивную мощность и, тем самым, снизить общие потери потребителя.
В частности, при повышении cos φ c 0.5 до 0,9 снижение общей потребляемой мощности составляет около 44%, экономический эффект оценивается в 15-25% от потребления электроэнергии, что в свою очередь приводит к экономии топлива;
Применение установок КРМ эффективно на предприятиях, где используются станки, компрессоры, насосы, сварочные трансформаторы, электропечи, электролизные установки и прочие потребители энергии с резкопеременной нагрузкой, то есть на производствах металлургической, горнодобывающей, пищевой промышленности, в машиностроении, деревообработке и производстве стройматериалов — то есть везде, где из-за специфики производственных и технологических процессов значение cos(ф) колеблется от 0,5 до 0,8.
Применение установок компенсации реактивной мощности необходимо на предприятиях, использующих:
- Асинхронные двигатели (cos(ф) ~ 0.7)
- Асинхронные двигатели, при неполной загрузке (cos(ф) ~ 0.5)
- Выпрямительные электролизные установки (cos(ф) ~ 0.6)
- Электродуговые печи (cos(ф) ~ 0.6)
- Индукционные печи (cos(ф) ~ 0.2-0.6)
- Водяные насосы (cos(ф) ~ 0.8)
- Компрессоры (cos(ф) ~ 0.7)
- Машины, станки (cos(ф) ~ 0.5)
- Сварочные трансформаторы (cos(ф) ~ 0.4)
- Лампы дневного света (cos(ф) ~ 0.5-0.6)
Применение установок компенсации реактивной мощности эффективно в производствах:
- Мясоперерабатывающее (cos(ф) ~ 0.6-0.7)
- Хлебопекарное (cos(ф) ~ 0.6-0.7)
- Лесопильное (cos(ф) ~ 0.55-0.65)
- Молочное (cos(ф) ~ 0.6-0.8)
- Механообрабатывающее (cos(ф) ~ 0.5-0.6)
- Авторемонтное (cos(ф) ~ 0.7-0.8)
- Пивоваренный завод (cos(ф) ~ 0.6)
- Цементный завод (cos(ф) ~ 0.7)
- Деревообрабатывающее предприятие (cos(ф) ~ 0.6)
- Горный разрез (cos(ф) ~ 0.6)
- Сталелитейный завод (cos(ф) ~ 0.6)
- Табачная фабрика (cos(ф) ~ 0.8)
- Порты (cos(ф) ~ 0.5).
Для различных объектов экономический эффект оценивается в 15-25% от потребления электроэнергии.
Применение компенсации реактивной мощности позволяет:
- уменьшить нагрузку на трансформаторы, увеличить срок их службы;
- уменьшить нагрузку на кабели, провода, уменьшить их сечение;
- улучшить качество электроэнергии для потребителей;
- уменьшить нагрузку на коммутационную аппаратуру, за счет снижения токов в цепях;
- снизить расходы на электроэнергию;
- уменьшить уровень высших гармоник в сети.
Компания «ЭТИ электроэлемент», предлагающая качественное электротехническое оборудование, заслужившее признание в Европе и на Украине, предлагает простое и решение — компоненты систем компенсации реактивной мощности с новым контроллером PFC.
Данное устройство при разных нагрузках отслеживает активную и реактивную составляющую мощности путем измерения мгновенных значений напряжений и тока электрической сети. На основе этих измерений вычисляется фазовый сдвиг между током и напряжением, и полученное значение сравнивается с предварительно заданной величиной косинуса φ. В зависимостиот фактического отклонения коэффициента мощности контроллер подает команду на управление ступенями конденсаторных батарей с минимальным временем реакции (от 4 секунд). Принцип работы данного устройства основан на системе FCP (fast Computerized Program), которая позволяет контроллеру производить мгновенное измерение значений напряжения и тока (тем самым, предоставляя точную информацию о состоянии системы) и осуществлять оптимальное управление компенсацией. Система PFC также позволяет минимизировать количество операций, увеличивая ресурс конденсаторных батарей, а также увеличить скорость реакции, уменьшая энергетические потери. Контроллер является полностью автоматическим устройством для управления компенсацией реактивной мощности. Высокая точность определения тока и коэффициента мощности достигается цифровой обработке измеренных значений тока и напряжения.
Устройство вычисляет фундаментальный компонент гармоник активных и реактивных токов, таким образом, обеспечивается точное измерение и управление, даже если форма токового сигнала искажена высшими гармониками сети.
Особенностью нового контроллера являются специализированные функции автоматической настройки ступеней без участия персонала, а также, функции нескольких фиксированных программ работы ступеней, возможность подключения и программирования внешнего вентилятора для охлаждения конденсаторных батарей, предусмотрен аварийный сигнал превышения температуры. При отсутствии необходимости автоматизированной настройки, все параметры могут быть заданы вручную.
Клеммы питания 230V AC используются также и для измерения напряжения. Вход для измерения тока рассчитан на трансформатор тока, с номинальным током вторичной обмотки 5А. Измерительные входы могут подключаться к контроллеру в любых комбинациях т.е. при любом напряжении и любой фазе тока 2х230/415V AC сети.
Контроллер имеет автоматическую самонастройку. Он автоматически определяет фазу, в которую установлен трансформатор тока и мощность каждой подключенной конденсаторной ступени. Есть возможность ручной установки этих параметров. Любую ступень можно включить и выключить вручную.
Эти контроллеры работают во всех четырех квадрантах, и цикл переключения зависит от отклонения установленного коэффициента мощности и наличия недокомпенсации или перекомпенсации. Путем вычисления необходимой мощности контроллер достигает установленного коэффициента мощности с минимальными периодами переключения каждой ступени и выбирает те ступени, которые были отключены самое длительное время. Все присоединенные ступени автоматически проверяются. В случае, если мощность ступени уменьшается или полностью исчезает, ступень становится временно выведенной из эксплуатации. Эта ступень периодически тестируется, при наборе установленного коэффициента мощности, и если это необходимо, вновь вводится в эксплуатацию.
Преимущества контроллеров компенсации реактивной мощности:
- малые потери (до 0,5 Вт на 1 кВАр мощности);
- простой монтаж и эксплуатация;
- возможность подключения в любой точки электросети;
- небольшие эксплуатационные затраты;
- возможность компенсации практически любой реактивной мощности;
- быстрая окупаемость (до 1 года).
Необходимыми компонентами для системы компенсации реактивной мощности с помощью контроллера являются конденсаторные банки и контакторы к ним.
Конденсаторы состоят из цилиндрического алюминиевого корпуса, внутри которого установлен диэлектрик с тремя пропиленовыми металлизированными слоями, что позволяет обеспечить низкий уровень потерь, высокую устойчивость к большим импульсным токам. Пропиленовая пленка производится из смеси цинка и алюминия, толщиной 10-50 нм. Применение данного материала позволяет добиться эффекта самовосстановления в случае возникновения пробоя пробоя диэлектрика между обкладками конденсатора. В свою очередь, способность к самовосстановлению гарантирует высокую надежность и длительный срок эксплуатации конденсатора. На всех стадиях процесса производства конденсаторов проводятся измерения основных параметров изделия.
Компания «ЭТИ электроэлемент» предлагает конденсаторы для внутренней установки серии KNK следующих типов:
- KNK 5065, KNK 9053, KNK 1053(сухие) — трехфазные в цилиндрическом корпусе.
- KNK 9103 — трехфазные в призматическом корпусе.
В процессе эксплуатации конденсаторных установок компенсации реактивной мощности при регулировании ступеней конденсаторные батареи подвергаются частым переключениям. В отличие от других видов электрооборудования, при коммутации конденсаторных батарей возникает большой пусковой ток, значительно (до 250 раз) превышающий номинальное значение.
В связи с этим, для коммутации конденсаторов необходимо использовать специальные контакторы. В отличие от обычных контакторов, контакторы CEM25C, CEM32C, CEM50C, CEM65C производства компании «ЭТИ электроэлемент» снабжены дополнительной контактной группой, установленной параллельно основной. К вспомогательным контактам, с двух сторон, последовательно подключены съемные токоограничивающие элементы, состоящие из нескольких витков проводника с большим удельным сопротивлением. При коммутации обе группы контактов приводятся в действие одновременно, но из-за меньшего расстояния, лимитируемого упором, вспомогательные контакты замыкаются на несколько миллисекунд раньше основных и пусковой ток протекает через токоограничивающие элементы, таким образом ограничивая ток конденсаторной батареи. Размыкаются они только после уверенного замыкания основных силовых контактов. Это предотвращает возникновение бросков, которые в свою очередь могут привести к повреждению (свариванию) силовой контактной группы и негативно повлиять на срок службы конденсатора. Ограничение пускового тока позволяет также избежать просадок напряжения во время переходных процессов. Контактная группа пускателей устойчива к свариванию при пиковых пусковых токах до 250 кА. Все контакторы этой серии снабжены нормально разомкнутыми вспомогательными контактами.
По материалам филиала АО «Эти электроэлемент» (Словения)
