Анонс: основные позитивы и негативы использования в силовой сети конденсаторных установок повышения коэффициента мощности типа УКРМ. Риски аварийности, неэффективности конденсаторных установок компенсации реактивной мощности.
В большинстве случаев компенсация реактивной мощности используется по экономическим причинам, причем благодаря установкам УКРМ, УКРМФ, УКРМТ, УКРМТФ можно не только сэкономить на счетах за электроэнергию, но и сохранить величину параметров сети, установленных поставщиком энергии, а значит обеспечить ряд косвенных финансовых преимуществ за счет стабильности производственно-технологических процессов, увеличения сроков службы оборудования, повышения качества реализуемого продукта/услуги и т. п.
Причем зачастую defacto коррекция коэффициента мощности дает даже больше прибыли, чем только экономия материальных и энергетических ресурсов, а благодаря компенсации «ненужной» реактивной энергии пропускная способность существующей сети по току может быть достаточной для подачи через нее большего количества активной мощности при сохранении тех же номиналов в питающей и распределительной системе, а также повышении надежности всех связанных сетей.
Вместе с тем следует четко понимать, что компенсирующее устройство, подключенное к сети, также может оказывать и, как правило, оказывает негативное влияние на сеть и силовую нагрузку, а в число наиболее «частых негативов» входят:
- переходные процессы при генерации реактивной мощности;
- генерация высших гармоник;
- длительное повышение напряжения;
- усиление высших гармоник, генерируемых другим оборудованием и попадающих в сеть трансмиссией из распределительной (и других) силовых сетей;
- падения напряжения, отключения и кратковременные перенапряжения;
- другие виды искажений, вызванных одной или несколькими (в совокупности) причинами — явлением резонанса, ошибками в конструкции, использованием неподходящего оборудования, неправильной эксплуатацией и пр.
Поэтому при покупке УКРМ их нужно подбирать в соответствии с действующими стандартами, а при проектировании необходимо принять во внимание несколько факторов и условий, среди которых ключевыми можно признать:
- номинальные параметры сети, т. е. напряжение, частота и ее реальное значение (по анализу замеров при энергоаудите);
- потребность в индуктивной реактивной мощности с учетом компенсации емкостной;
- динамика нагрузки («спокойного» режима, резкопеременных нелинейных нагрузок);
- наличие и амплитуды высших гармоник тока и напряжения;
- параметры короткого замыкания в конденсаторной батарее;
- планируемое размещение (окружающие условия, место установки).
Риски аварийности, неэффективности конденсаторных установок компенсации реактивной мощности УКРМ
Из-за глобальной нетипичности силовых сетей различных объектов в разных странах мира (включая Россию), вызванной (преимущественно) использованием электронных устройств, оборудования с нелинейными вольтамперными характеристиками, в число «прерогативных негативов» повышения аварийности и неэффективности применения конденсаторных установок компенсации реактивной мощности вошли гармонические искажения на нефундаментальных частотах.
Справка
К сожалению пока отслеживаются и в той или иной мере нивелируются специальными устройствами (активными, пассивными, гибридными фильтрами) только характеристические гармоники 5, 7, 11, 13, 17, 19... (или characteristic harmonics в терминологии IEEE Std 519, IEC 61642, IEEE 1531-2020, ГОСТ 30804.4.7-2013, ГОСТ Р 50397-2011, ГОСТ Р 59032.1/4-2020), а non-characteristic harmonics (с англ. — не характеристические гармоники — прим. автора) в большинстве случаев не принимаются во внимание.
Хотя суммарные амплитуды не характеристических гармоник могут быть значительными, а их основные «генераторы» — популярное силовое оборудование — дуговые печи, преобразователи частоты, сварочные агрегаты, "энергосберегающее"освещение и пр. Обусловлен такой «парадокс» тем, что в случае использования активных — преднастроенных на широкие полосы частот, а значит очень дорогих, — но больше шунтирующих пассивных или гибридных фильтров резонансного типа вместе с характеристическими акцепторный контур устройства «оттягивает» на себя и «гасит» все не характеристические гармоники выше резонансной частоты.
Вместе с тем, нужно четко понимать, что:
- Любой фильтр рассчитывается по мощности нагрузки, а здесь нужно учитывать амплитуды всех токов на фундаментальной и нефундаментальных частотах, включая токи и характеристических и не характеристических гармоник.
- Любой активный фильтр работает в ветке ниже подключения и там максимально «грязно», но «чистая сеть» выше места присоединения АФГ — весьма условное и больше маркетинговое заявление, поскольку преобразователь фильтра и силовой блок генерируют гармоники, которые передаются в силовую сеть и необходимость их очистки дополнительным пассивным шунтирующим фильтром целесообразно оценить.
- Акцепторные шунтирующие контуры у фильтровых (технически некорректно — дроссельных) УКРМФ из резонансных последовательно соединенных реакторов и конденсаторов рассчитаны на фильтрацию гармоник только в цепях самой установки, но для расчета резонансной частоты и параметров контура нужно учитывать все те же суммарные амплитуды гармоник по целой полосе частот.
Поэтому вряд ли (по крайней мере уже сейчас) можно считать корректным предлагаемый большинством производителей выбор УКРМ по отношению мощности источника гармоник Sn к мощности трансформатора St, где рекомендуют при:
- Sn/St ≤ 15 % использовать «стандартные конденсаторные батареи» (или конденсаторы) с номиналом, соответствующим номинальному напряжению питания.
- 15 % < Sn/St ≤ 25 % и в случае отсутствия резонансных контуров с реакторами — конденсаторы с более высоким номинальным напряжением, чем номинальное напряжение сети.
- 25 % < Sn/St ≤ 60 % — только фильтровые УКРМФ, рассчитывая резонансные частоты по результатам энергоаудита.
- Sn/St ≥ 60 % — интегрировать в виде отдельного модуля или устройства автономный пассивный шунтирующий фильтр.
Обусловлено это рядом причин, главные из которых раскрыты в этом материале, но определяющим выбора должен стать полный энергоаудит конкретного объекта с анализом всех сетевых параметров в конкретном месте интеграции установки компенсации реактивной мощности.
