Анонс: текущая ситуация с выбором установок компенсации реактивной мощности и фильтров гармоник в России. Правильный подход к очистке силовой сети от реактивной мощности и гармонических искажений.
В непростых текущих условиях de facto стагнации экономики вопросы снижения эксплуатационных затрат, в том числе за счет энергосбережения становятся предельно актуальными и в этом аспекте едва ли не наибольший резерв экономии можно извлечь из компенсации реактивной мощности и нивелирования гармонических искажений в силовой сети объекта.
Вместе с тем, объем стартовых инвестиций в технические средства может быть очень большим, а реальный эффект от их применения буквально несущественным, если планировать очистку силовой сети от реактивной мощности и гармонических искажений «бездумно», основываясь только на заявлениях менеджеров производителей/торговых компаний, советах знакомых или «профессионалов» с техническим уровнем, достаточным для «вкручивания лампочки».
Предельно осложняет вопросы выбора оптимального оборудования (способа компенсации, мест интеграции) специфичность направлений компенсации реактивной мощности и локализации источников гармонических возмущений, по сути, только с недавнего времени рассматриваемых в комплексе в рамках международных (и некоторых новых отечественных) стандартов. Отнюдь не улучшает ситуацию и факт того, что в подавляющем большинстве случаев полномочия по выбору технических средств очистки силовой сети делегируются снабженцу без профильного образования и, как правило, без малейшего желания вникнуть в суть технической стороны вопроса.
Т. е. по факту менеджер с объекта контактирует с продающим менеджером, причем в лучшем случае из компании производителя-сборщика, а в худшем — торговой структуры, занимающейся перепродажей конденсаторных установок компенсации реактивной мощности, пассивных, активных фильтров гармоник (АФГ) и, соответственно, имеющей единственную цель — продать любой ценой.
Сеть без реактивной мощности и гармонических искажений
Для того, чтобы исключить риски переплат, малоэффективных и, тем более, нецелесообразных инвестиций в очистку силовой сети от реактивной мощности и гармонических искажений следует четко понимать несколько важных нюансов.
Взаимосвязь между компонентами сети
На текущем уровне превалирующего большинства силовых сетей, а тем более в преддверии цифровой трансформации нельзя рассматривать вопросы компенсации реактивной мощности и нивелирования гармонических возмущений раздельно.
Перетоки реактивной (неактивной — nonactive power по IEEE 1459) происходят на фундаментальной (50 Гц) и нефундаментальных частотах, это регистрируется интеллектуальными счетчиками электроэнергии, вносится в счета оплаты, а кроме того влияет и на силовую сеть с оборудованием, коммуникациями, и на технические средства компенсации. В отдельных случаях при наличии в сети мощных преобразователей гармонические токи V, VII порядков по амплитуде могут составлять 80-70 % величины фундаментального тока, а это ведет не только к потерям активной мощности, но и высоким рискам аварийности оборудования, кабелей и силовой сети в целом/
Нелинейная нагрузка
Как и реактивная энергия на фундаментальной частоте, так и гармонические возмущения не только генерируются «по месту» нелинейной нагрузкой, но и свободно (условно) мигрируют по сегментам силовой сети объекта и между сетями разных абонентов (через распределительную сеть).
Т. е. если в инфраструктуре объекта сравнительно небольшая доля нелинейной нагрузки (по числу, мощности), то это отнюдь не говорит об отсутствии перетока реактивной мощности (на 50 Гц) и гармонических возмущениях, «подаренных» соседним предприятием через распределительную сеть, а значит счета за электроэнергию будут больше и есть высокие риски штрафов за невыполнение ТУ.
Выбор УКРМ
Интеграция в сеть конденсаторных установок компенсации реактивной мощности на полупроводниковых ключах, как и активных фильтров гармоник (АФГ) при всех преимуществах имеет и свои недостатки, причем эмиссия гармоник преобразователем АФГ или силовым блоком УКРМТ — далеко не единственных негатив, который лучше превентивно устранить (см. более детально здесь и материалах по АФГ).
Это значит, что типовой выбор УКРМ, УКРМТ или АФГ только по мощности (по опросному листу, по калькулятору) по факту является техническим нонсенсом, а решить проблему можно только с помощью профессионального проектирования мероприятий и технических средств очистки силовой сети от реактивной мощности и гармонических искажений.
Предварительный энергоаудит
Даже при отсутствии планов развития производства, инфраструктуры объекта нельзя подбирать оборудование для очистки силовой сети от реактивной мощности и гармонических искажений без проведения полного энергоаудита с пакетным анализом параметров качества электроэнергии в сети в периоды простоя и часы пик.
Минимальный негатив выбора без анализа сети — снижение качества электроэнергии из-за недо- или перекомпенсации, повышение счетов за оплату, типовой — сокращение сроков службы оборудования, кабелей, повышение аварийности объекта.
Конденсаторы в УКРМ, УКРМТ, УКРМТФ
Подбор конденсаторов, числа и мощности ступеней в УКРМ, УКРМТ, УКРМТФ должен быть технически обоснован с учетом «запаса» по напряжению, генерации мощности, реального, а не заявленного срока службы.
Справка
Превалирующее большинство силовых конденсаторов поставляются температурным классом, соответствующим номинальным температурам эксплуатации по ГОСТ Р 51321.1-2007. С 01.03.2022 отменяется ГОСТ Р 51321.1-2007, но заменяющий его ГОСТ IEC 61439-1-2013 так же регламентирует пороговую температуру окружающей среды не более 40 °С, а среднюю за сутки не более 35 °С, что на практике в условиях производств при размещении УКРМ внутри зданий без принудительной вентиляции обеспечить предельно сложно. С учетом обратной зависимости срока службы и интенсивности отказов конденсаторов от температуры, а также напряжения, емкости и др. по IEC 61709:2017 RLV, MIL-HDBK-217F, понятно, что в реальности при повышенном напряжении и температуре заявленные производителем 300000 часов могут превратиться в 1-3 года. Вместе с тем, покупатели игнорируют необходимость интеграции в шкафы принудительной вентиляции, а некоторые производители УКРМ стараются максимально компактно (в непосредственной близости) размещать конденсаторы в сборках, игнорируя пороговые от 50 мм п. 5.3.4.2 ГОСТ Р 56744-2015 и, тем самым сокращая срок службы конденсаторов, батарей и установки в целом.
Выбор поставщика
Покупать технические средства компенсации реактивной мощности и нивелирования гармоник нужно у производителя — компании-сборщика, в идеале ознакомившись не только с реализованными проектами, но и самим производством.
