РМ), например Руководящие материалы (ртм 36. 18. 32. 6-92

Упрощенная методика выбора систем компенсация реактивной мощности
Автор Синеев А.В.

г.Барнаул, Компания «ТРИВОНТ»
Предисловие

Существуют различные методики расчета и проектирования систем компенсации реактивной мощности (РМ), например Руководящие материалы (РТМ 36.18.32.6-92 и пособие к нему М788-1071), а также трудности выбора способа компенсации. Отсутствие полных исходных данных

Различными производителями выпускаются различные виды и типы установок компенсации РМ

Существуют несколько способов компенсации РМ в зависимости от различных типов электроустановок по технологическому характеру потребления электроэнергии.

Общая задача оптимизации электропотребления, как на стадии проектирования, так и на стадии эксплуатации систем электроснабжения, включает в себя вопрос обеспечения компенсации реактивной мощности нагрузки (согласно Приказа № 49 Минпромэнерго апреля 2007 г. «Порядок расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности потребителей».
Алгоритм выбора УКРМ:

1. 
   Измерений текущих значений потребления активной мощности Р, реактивной мощности Q, среднего значения Cos Fi.
   

Если среднее текущее значение Cos Fi меньше 0,9, то присутствует потенциал энергосбережения в виде снижения потерь активной мощности в размере 12,3 % (см. Таблицу 2). При более низком Cos Fi потенциал энергосбережения намного больше.

2. 
   Определение мощности Конденсаторных установок, необходимой для компенсации
   

При выборе конденсаторной установки УКРМ-0,4 требуемая суммарная мощность конденсаторных батарей определяется, исходя из формулы

Qc = Pпик. x (tgф1-tgф2)

Р пик. –максимальная измеренная суммарная мощность нагрузки при проведении измерений. Измеряется суточными мониторами сети с интервалом от 1 до 5 мин. В случае невозможности провести измерения берется для расчетов Руст.- установленная мощность предприятия

Значение (tg(ф1)-tg(ф2)) определяется, исходя из значений cos(ф1) и cos(ф2).
cos(ф1) –коэффициент мощности потребителя до установки компенсирующих устройств (действующий коэффициент мощности)
cos(ф2) – коэффициент мощности после установки компенсирующих устройств (желаемый или задаваемый предприятием энергоснабжения коэффициент мощности).

Таким образом, формулу можно записать в следующем виде:

Qc = P x К,

где К – коэффициент, получаемый из Таблицы 3 в соответствии со значениями коэффициентов мощности cos(ф1) и cos(ф2).

Таблица 3

Tg F	Действующий cos ф	Требуемый (желаемый) cos (ф)
		0.80	0.82	0.85	0.88	0.90	0.92	0.94	0.96	0.98	1.00
		Коэффициент K
3,18	0.30	2.43	2.48	2.56	2.64	2.70	2.75	2.82	2.89	2.98	3.18
2,96	0.32	2.21	2.26	2.34	2.42	2.48	2.53	2.60	2.67	2.76	2.96
2,77	0.34	2.02	2.07	2.15	2.23	2.28	2.34	2.41	2.48	2.56	2.77
2,59	0.36	1.84	1.89	1.97	2.05	2.10	2.17	2.23	2.30	2.39	2.59
2,43	0.38	1.68	1.73	1.81	1.89	1.95	2.01	2.07	2.14	2.23	2.43
2,29	0.40	1.54	1.59	1.67	1.75	1.81	1.87	1.93	2.00	2.09	2.29
2,16	0.42	1.41	1.46	1.54	1.62	1.68	1.73	1.80	1.87	1.96	2.16
2,04	0.44	1.29	1.34	1.42	1.50	1.56	1.61	1.68	1.75	1.84	2.04
1,93	0.46	1.18	1.23	1.31	1.39	1.45	1.50	1.57	1.64	1.73	1.93
1,83	0.48	1.08	1.13	1.21	1.29	1.34	1.40	1.47	1.54	1.62	1.83
1,73	0.50	0.98	1.03	1.11	1.19	1.25	1.31	1.37	1.45	1.63	1.73
1,64	0.52	0.89	0.94	1.02	1.10	1.16	1.22	1.28	1.35	1.44	1.64
1,56	0.54	0.81	0.86	0.94	1.02	1.07	1.13	1.20	1.27	1.36	1.56
1,48	0.56	0.73	0.78	0.86	0.94	1.00	1.05	1.12	1.19	1.28	1.48
1,4	0.58	0.65	0.70	0.78	0.86	0.92	0.98	1.04	1.11	1.20	1.40
1,33	0.60	0.58	0.63	0.71	0.79	0.85	0.91	0.97	1.04	1.13	1.33
1,3	0.61	0.55	0.60	0.68	0.76	0.81	0.87	0.94	1.01	1.10	1.30
1,27	0.62	0.52	0.57	0.65	0.73	0.78	0.84	0.91	0.99	1.06	1.27
1,23	0.63	0.48	0.53	0.61	0.69	0.75	0.81	0.87	0.94	1.03	1.23
1,2	0.64	0.45	0.50	0.58	0.66	0.72	0.77	0.84	0.91	1.00	1.20
1,17	0.65	0.42	0.47	0.55	0.63	0.68	0.74	0.81	0.88	0.97	1.17
1,14	0.66	0.39	0.44	0.52	0.60	0.65	0.71	0.78	0.85	0.94	1.14
1,11	0.67	0.36	0.41	0.49	0.57	0.63	0.68	0.75	0.82	0.90	1.11
1,08	0.68	0.33	0.38	0.46	0.54	0.59	0.65	0.72	0.79	0.88	1.08
1,05	0.69	0.30	0.35	0.43	0.51	0.56	0.62	0.69	0.76	0.85	1.05
1,02	0.70	0.27	0.32	0.40	0.48	0.54	0.59	0.66	0.73	0.82	1.02
0,99	0.71	0.24	0.29	0.37	0.45	0.51	0.57	0.63	0.70	0.79	0.99
0,96	0.72	0.21	0.26	0.34	0.42	0.48	0.54	0.60	0.67	0.76	0.96
0,94	0.73	0.19	0.24	0.32	0.40	0.45	0.51	0.58	0.65	0.73	0.94
0,91	0.74	0.16	0.21	0.29	0.37	0.42	0.48	0.55	0.62	0.71	0.91
0,88	0.75	0.13	0.18	0.26	0.34	0.40	0.46	0.52	0.59	0.68	0.88
0,86	0.76	0.11	0.16	0.24	0.32	0.37	0.43	0.50	0.57	0.65	0.86
0,83	0.77	0.08	0.13	0.21	0.29	0.34	0.40	0.47	0.54	0.63	0.83
0,80	0.78	0.05	0.10	0.18	0.26	0.32	0.38	0.44	0.51	0.60	0.80
0,78	0.79	0.03	0.08	0.16	0.24	0.29	0.35	0.42	0.49	0.57	0.78
0,75	0.80		0.05	0.13	0.21	0.27	0.32	0.39	0.46	0.55	0.75
0,72	0.81			0.10	0.18	0.24	0.30	0.36	0.43	0.52	0.72
0,7	0.82			0.08	0.16	0.21	0.27	0.34	0.41	0.49	0.70
0,67	0.83			0.05	0.13	0.19	0.25	0.31	0.38	0.47	0.67
0,65	0.84			0.03	0.11	0.16	0.22	0.29	0.36	0.44	0.65
0,62	0.85				0.08	0.14	0.19	0.26	0.33	0.42	0.62
0,59	0.86				0.05	0.11	0.17	0.23	0.30	0.39	0.59
0,57	0.87					0.08	0.14	0.21	0.28	0.36	0.57
0,54	0.88					0.06	0.11	0.18	0.25	0.34	0.54
0,51	0.89					0.03	0.09	0.15	0.22	0.31	0.51
0,48	0.90						0.06	0.12	0.19	0.28	0.48
0,46	0.91						0.03	0.10	0.17	0.25	0.46
0,43	0.92							0.07	0.14	0.22	0.43
0,4	0.93							0.04	0.11	0.19	0.40
0,36	0.94								0.07	0.16	0.36
0,33	0.95									0.13	0.33

Определяем реактивную мощность конденсаторных установок 0,4 (кВАр), необходимую для достижения желаемого cos (Fi).

1. 
   Распределение мощности компенсации в сети предприятия.
   

Если на предприятии существует более одного РУ-0,4 кВ, и нет данных по текущему значению Cos Fi по группам потребителей, то следует определить расчетным путем, либо путем измерений Cos Fi для различных технологических групп потребителей, питающихся от разных РУ-0,4 кВ. Для этого воспользуемся Таблицей 4

Таблица 4
Тип нагрузки	Примерный коэффициент мощности
Сварочные производства	0,4
Речные и морские порты	0,5
Машины, станки различные	0,5-0,52
Асинхронные двигатели (при неполной загрузке)	0,5
Цеха с лампами дневного света >100 шт.	0,54
Деревообработка, лесопиление	0,55-0,6
Электролизные установки	0,6
Пивоваренное производство	0,6
Электродуговые печи	0,6
Горные разрезы	0,6
Литейные производства	0,6
Хлебопекарни	0,65
Мукомольные и крупозаводы	0,6-0,7
Мебельные предприятия	0,6-0,7
Мясоперерабатывающие предприятия	0,6-0,65
Асинхронные двигатели (полная загрузка)	0,7
Цементные заводы	0,7
Компрессоры большой мощности	0,7
Авторемонт, автосервис	0,75
Молокоперерабатывающие производства	0,6-0,7
Насосы водяные	0,8
Табачные фабрики	0,8
Торговые центры (при наличии люминесцентных светильников более 100)	0,75-0,8

3. 
   Определение вида (способа) компенсации (общая, групповая, индивидуальная)
   

Рис.1



Общая компенсация на стороне 0,4 кВ используется, как правило, для разгрузки силового трансформатора. Данный вид компенсации, в основном нерегулируемый, используется для компенсации РМ, постоянно потребляемой из сети при работе основного оборудования, т.е. «фонового потребления», не учитывающего всплески потребления РМ, связанные с периодическим включением индуктивной нагрузки.

Групповая компенсация используется, как правило, для разгрузки одного или нескольких фидерных кабелей, отходящих от распределительного устройства 0,4 кВ.

Данный вид компенсации (только регулируемый) используется, как правило, для компенсации РМ при включении оборудования, подключенного к одному фидеру, и которое потребляет РМ сверх рассчитанного или определенного измерениями «фонового» потребления РМ.

Индивидуальная компенсация используется как правило, для разгрузки кабеля, подводящего к отдельно нагруженному мощному потребителю.

Данный вид компенсации используется, как правило, для компенсации РМ при включении отельного удаленного потребителя, и который потребляет РМ сверх рассчитанного или определенного измерениями «фонового» потребления РМ.

1. 
   Компенсация РМ силовых трансформаторов (общая)
   

Если в сети предприятия присутствуют трансформаторные подстанции и силовые трансформаторы, то следует отдельно выбрать устройства КРМ для разгрузки силовых трансформаторов (см. Таблицу 5). Рекомендуем мощность УКРМ для компенсации реактивной мощности трансформатора, выбирать соответствующей потреблению трансформатора при нагрузке 75 %. При этом следует помнить, что разгружая силовой трансформатор, вы компенсируете только ту реактивную мощность, которую птребляет только сам трансформатор, а не нагрузка, подключенная к его шинам РУ-0,4 кВ

Таблица 5

Номинальная мощность трансформатора, кВА	Реактивная мощность низковольтной конденсаторной установки , кВАр
	На холостом ходу	75% нагрузки	100% нагрузки
100	3	5	6
160	4	7,5	10
200	4	9	12
250	5	11	15
315	6	15	20
400	8	20	25
500	10	25	30
630	12	30	40
800	20	40	55
1000	25	50	70
1250	30	70	90
2000	50	100	150
2500	60	150	200
3150	90	200	250
4000	160	250	320
5000	200	300	425

2. 
   Компенсация РМ мощных электродвигателей (индивидуальная)
   

Если на предприятии существуют мощные (более 50 кВт) электродвигатели с прямым пуском , мы рекомендуем применять индивидуальную компенсацию РМ для этих мощных приемников (см.Таблицу 6)

Таблица 6

3. 
   Компенсация РМ сварочных аппаратов (индивидуальная)
   

Если на предприятии существуют мощные сварочные посты, либо их большое количество, то применяется индивидуальная или групповая компенсация РМ сварочных постов , мощность компенсирующих установок должна составлять от 30 до 40% от полной мощности сварочных трансформаторов.

4. 
   Выбор технологического типа конденсаторных установок
   

В этом разделе предстоит выбрать технологический тип конденсаторной установки, соответствующий характеру потребления электроэнергии потребителем по нескольким критериям:

-быстродействие (т.е.быстрота реагирования на изменение потребления РМ (от 1 мин. До долей секунды)

-фильтрация сетевых гармоник, присутствующих в сети из-за большого количества нелинейных потребителей, таких, как электропривода, преобразователи частоты, всевозможные электронные устройства управления).

-симметрирование нагрузки (т.е.ее равномерное распределение по фазам для уменьшения потерь и повышения качества электроэнергии)

Сегодня существуют около 10 технологических типов конденсаторных установок.
Вот их условные обозначения:
КРМ ВВ- нерегулируемая конденсаторная установка на напряжение 6(10) кВ

Установки низковольтные:

УКН- установка компенсации РМ нерегулируемая.

Предназначена для общей компенсации с постоянным потреблением РМ.

Данный вид КРМ оптимально использовать для механообрабатывающих типов производств)
УКРМ- установка компенсации РМ регулируемая ( со ступенчатым механическим регулированием с механическими контакторами).

Предназначена для компенсации РМ в широком диапазоне потребления РМ (групповая). Применяется в большинстве сетей с традиционными потребителями и изменяющейся реактивной нагрузкой. Скорость реагирования на изменение потребления РМ от 30 сек.

УКРМФ- установка компенсации РМ регулируемая с фильтрами гармоник.

Применяется в сетях с повышенным уровнем гармоник (при доле нелинейных потребителей суммарной мощностью более 15-20%) и изменяющимся уровнем потребления РМ.

Предназначена для компенсации РМ в широком диапазоне потребления РМ (групповая и индивидуальная) и подавления сетевых гармоник. Скорость реагирования на изменение потребления РМ от 30 сек

Окончательное решение о применении данного типа установок можно сделать после измерения и анализа параметров качества электросети сервисной компанией.

В случае, если при проектировании известен характер нагрузки и предполагается наличие гармоник в сети, то в проекте нужно дать обязательную ссылку на измерение гармонического состава сети и выполнение мероприятий по фильтрации гармоник.
УКРМТ- установка компенсации РМ регулируемая тиристорная (быстродействующая).

С тиристорными (быстродействующими) контакторами. Благодаря использованию тиристорных контакторов повышается быстродействие УКРМТ.

Применяется в сетях с резкопеременной (от 0,1 до 1-2 сек) нагрузкой. (буровая техника, кузнечно-прессовое оборудование, сварка).

Предназначена для компенсации РМ в широком диапазоне потребления РМ (групповая и индивидуальная) с высокой скоростью (доли секунд) реагирования на изменение потребления РМ.

УКРМТФ- установка компенсации РМ регулируемая тиристорная (быстродействующая) с фильтрами гармоник.

Применяется в сетях с резкопеременной (от 0,1 до 1-2 сек) нагрузкой и большим содержанием сетевых гармоник. (большое количество сварочных автоматов, световой рекламы, телекоммуникационного оборудования, серверных).

Предназначена для компенсации РМ в широком диапазоне потребления РМ (групповая и индивидуальная) с высокой скоростью реагирования на изменение потребления РМ и подавлением сетевых гармоник.

Окончательное решение о применении данного типа Установок можно сделать после измерения и анализа параметров качества электросети сервисной компанией.

В случае, если при проектировании известен характер нагрузки и предполагается наличие гармоник в сети, то в проекте нужно дать обязательную ссылку на измерение гармонического состава сети и выполнение мероприятий по фильтрации гармоник.
УКРМТФ-ТП- установка компенсации РМ регулируемая тиристорная (быстродействующая) с фильтрами гармоник для тяговых подстанций гор.электротранспорта и железных дорог.

Как правило изготавливаются напряжением 660 В.
УКРМТФ-С- установка компенсации РМ регулируемая тиристорная (быстродействующая) с фильтрами гармоник симметрирующая.

Предназначена для компенсации реактивной мощности в сети , пофазной компенсации для симметрирования и выравнивания нагрузки по фазам.

1. 
   Определение потребностей в регулировании РМ сети путем снятия характеристик сетевым монитором сервисной компанией
   

Для того, чтобы иметь более полную исходную информацию для более правильного выбора системы КРМ, требуется пригласить сервисную компанию для текущего мониторинга суточного графика нагрузок с интервалом от 1-5 мин.

2. 
   Определение потребностей в фильтрации гармоник сети путем снятия характеристик сетевым монитором сервисной компанией.
   

Токи высших гармоник (3,5,7,11) вызывают дополнительные потери активной мощности в проводниках и трансформаторах, электродвигателях, приводящие к их тепловой перегрузке и преждевременному выходу из строя.

Поэтому при выборе установки УКРМ обязательно нужно проверить проектируемую или существующую сеть на присутствие высших гармоник путем соответствующих измерений сервисной компанией (мониторинг суточного графика нагрузок с интервалом от десятков 0,01-0,1 сек.)

Если при проектировании объекта такой возможности нет, то нужно в проекте сделать оговорку об обязательном проведении таких мероприятий в дальнейшем в условиях эксплуатации для предотвращения выхода из строя технологического оборудования.

3. 
   Определение потребностей в быстродействующей компенсации РМ путем снятия характеристик сетевым монитором сервисной компанией (мониторинг суточного графика нагрузок с интервалом от десятков 0,01-0,1 сек.)
   

4. 
   Определение потребностей в комплексе: быстродействующая фильтро-компенсация, путем снятия характеристик сетевым монитором сервисной компанией (мониторинг суточного графика нагрузок с интервалом от десятков 0,01-0,1 сек.)
   

5. 
   Окончательный выбор конкретной марки (завода-изготовителя). Рекомендации по дополнительным услугам (сервис, ТО, з/части и т.д.)
   

Если вы планируете спроектировать систему компенсации РМ на предприятии или модернизировать существующую, мы рекомендуем проанализировать поступившие вам предложения от разных поставщиков и попросить 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 энергоэффективности вашего предприятия.
И, наконец,

5. Экономический эффект внедрения УКРМ

Расчет экономической эффективности показывает, что применение в электросетях установок компенсации реактивной мощности (УКРМ) позволяет обеспечить значительную экономию денежных средств на оплату электроэнергии при низком сроке окупаемости

капитальных вложений. Экономический эффект от внедрения автоматической

конденсаторной установки складывается из следующих составляющих:
В общем случае снижение суммарных затрат на оплату электроэнергии зависит от мощности компенсации РМ и величины тарифа (Рис.2)
Рис.2.


Для сравнения приведен график зависимости уровня компенсации к снижению суммарных затрат на оплату электроэнергии
Рис.3


На Рис.2 и 3 приведены данные для трех дифференцированных суточных тарифов. Таким образом, эффективность компенсации РМ при помощи конденсаторных установок существенно повышается с ростом тарифов на электроэнергию и увеличением сменности работы оборудования.
Кроме этого экономия на оплате электроэнергии составляет от 10 до 40% от потребления активной электроэнергии за счет снижения ее потерь в сети (см. Таблицу 2)

Кроме того, для действующих объектов экономия заключается в уменьшении потерь активной мощности в кабелях, трансформаторах за счет уменьшения фазных токов.

Для проектируемых объектов экономия происходит путем снижения стоимости кабелей, за счет уменьшения их сечения и силовых трансформаторов -за счет снижения их выбираемой мощности.

При значительной (более 70%) загрузке силовых трансформаторов экономия от продления срока службы трансформаторов за счет снижения t перегрева обмоток.

И наконец, косвенная экономия (в размере 5-10%) заключается в улучшении условий работы всего электрооборудования, снижении аварийности и износа, продлении срока его эксплуатации.

© Copyright ТРИВОНТ 2009