Предисловие
Почему «три в одном»?. По нашему мнению существуют следующие аспекты компенсации реактивной мощности (РМ):
- РМ как фактор качества электроэнергии; (см. статью о влиянии реактивной мощности (РМ) на качество электроэнергии от 21.11.2008)
- РМ как фактор энергосбережения;
- РМ как фактор экономии денежных ресурсов. (см. статью о компенсации РМ из различных источников)
В продолжение ранее начатой темы мы рассмотрим РМ как фактор энергосбережения. 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.
| Рис.1 Векторная диаграмма полной мощности до и после компенсации РМ | |
 |  |
| До | После |
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
Cos Fi= P/S
Необходимая мощность конденсаторных установок определяется так:
Qc=P(tg F1-tgF2)
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%.
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.
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) до компенсации | Tg Fi (Cos Fi) после компенсации | Снижение полной мощности в % | Снижение потерь активной мощности в % |
|---|---|---|---|
| 2,24 (0,4) | 0,5 (0,89) | 54,42 | 79,23 |
| 2,0 (0,46) | 0,5 (0,89) | 50,00 | 75,00 |
| 1,0 (0,71) | 0,5 (0,89) | 20,94 | 37,5 |
| 0,8 (0,77) | 0,5 (0,89) | 12,7 | 23,78 |
| 0,6 (0,86) | 0,5 (0,89) | 4,13 | 8,09 |
| 1,0 (0,71) | 0,4 (0,93) | 23,84 | 42,0 |
| 0,8 (0,77) | 0,4 (0,93) | 15,90 | 29,2 |
| 0,6 (0,86) | 0,4 (0,93) | 7,65 | 14,71 |
| 1,0 (0,71) | 0,35 (0,94) | 25,08 | 43,88 |
| 0,8 (0,77) | 0,35 (0,94) | 17,27 | 31,55 |
| 0,6 (0,86) | 0,35 (0,94) | 9,15 | 17,46 |
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 компенсации | Cos Fi после компенсации | Снижение величины тока и полной мощности в % | Снижение величины тепловых потерь в % |
|---|---|---|---|
| 0,5 | 0,9 | 44 | 69 |
| 0,5 | 1 | 50 | 75 |
| 0,6 | 0,9 | 33 | 55 |
| 0,6 | 1 | 40 | 64 |
| 0,7 | 0,9 | 22 | 39 |
| 0,7 | 1 | 30 | 51 |
| 0,8 | 1 | 20 | 36 |
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 доперестроечный 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 области. Я думаю, что свою лепту в эту работу могут внести и некоммерческие объединения электротехников, например такие, как МОСЭП (www.iusec) . И конечно, эта работа невозможна без участия инжиниринговых компаний, продвигающих на рынке устройства компенсации РМ, которые владеют технологическим аспектом внедрения этого оборудования на различных предприятиях и наработанной аналитикой.
Несколько советов напоследок
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.
Если вы планируете установить систему компенсации РМ на своем предприятии или модернизировать существующую, мы рекомендуем проанализировать поступившие вам предложения от разных фирм и дать ответы на следующие вопросы:
- решает ли данная фирма проблему компенсации РМ в комплексе? (обследование-анализ полученных данных-расчеты-рекомендации)
- предлагает ли услуги проектирования и монтажа УКРМ?
- вводит ли в эксплуатацию поставляемые ей установки УКРМ?
- предлагает ли гарантийное и послегарантийное обслуживание?
- имеет ли фирма свою техническую и сервисную базу?
- имеет ли продолжительный опыт в этой области и квалифицированный персонал?
Ответив на эти вопросы, можете выбирать фирму, с которой вам предстоит решать сложную, но очень важную задачу-повышение качества электроэнергии в вашей электросети.
Литература
- С.Гамазин , В. Пупин, О. Ивкин: Новые устройства обеспечения надежности электроснабжения и качества электроэнергии потребителей — Рынок электротехники, 2006, № 2.
- К. Дабровски: Компенсация РМ- интеллектуальный регулятор- Энерго-Инфо, 2007, № 2.
- А. К. Шидловский, В. Г. Кузнецов: Повышение качества энергии в электрических сетях. Киев: Наукова думка, 1985.
- Ю. С. Железко: Влияние потребителя на качество электроэнергии в сети и технические условия на его присоединение. — Промышленная энергетика, 1991, № 6.
- Ю. С. Железко: О нормативных документах в области качества электроэнергии и условий потребления реактивной мощности — Электрика. 2003, № 1.
- В. С. Иванов, В. И. Соколов: Режимы потребления и качество электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1987.
- О. Кухта, Е. К. Симонова: К вопросу об эффективности компенсации реактивной мощности Энергетическая политика Украины. 2004, № 9.
- В. Кочкин: Реактивная мощность в электросетях. Технологии управляемой компенсации-Новости электротехники, 2007, № 3.
Синеев А. В.
член правления МОСЭП,
г. Барнаул.
