Компенсация реактивной мощности. Основные компоненты. Рекомендации к проектированию УКРМ.

Компенсация реактивной мощности. Основные компоненты. Рекомендации к проектированию УКРМ.

Компенсация реактивной мощности, в настоящее время, является немаловажным фактором позволяющим решить вопрос энергосбережения практически на любом предприятии.

Наиболее действенным и эффективным способом снижения потребляемой из сети реактивной мощности является применение автоматизированных установок компенсации реактивной мощности (далее УКРМ).

 Использование конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности позволяет:

• разгрузить питающие линии электропередачи, трансформаторы и распределительные устройства;
• снизить расходы на оплату электроэнергии за активную мощность путем снижения тепловых потерь в линии и распределительных устройствах, а также свести фактически к нулю расходы на оплату электроэнергии за реактивную мощность (в РБ и РФ на сегодняшний день оплата не взимается, но все может быстро измениться);
• при использовании определенного типа установок (ФКУ) снизить уровень высших гармоник;
• снизить несимметрию фаз (справедливо для 1-фазной сети или отдельного регулирования по каждой фазе);
• сделать распределительные сети более надежными и экономичными.
  
  

Основные компоненты:

1.    Конденсаторы силовые низковольтные

Основной элемент УКРМ, предназначены для индивидуальной, групповой и центральной коррекции коэффициента мощности.

 Главные преимущества на примере серии CSAD ZEZ SILKO:

• не содержат PCB или ПХБ (полихлорированные бифенилы). Полихлорированные бифенилы относятся к группе стойких органических загрязнителей (СОЗ), мониторинг которых в воздухе, воде и почве является обязательным в развитых индустриальных странах вследствие их высокой опасности для окружающей среды и здоровья населения;
• изготавливаются c использованием технологии MKP. Это означает использование металлизированной полипропиленовой пленки со свойствами самовосстановления и чрезвычайно низкими потерями диэлектрика;
• защищены встроенным разъединителем по давлению, который обеспечивает безопасное отключение конденсатора от сети в случае аварийной перегрузки или в конце срока службы;
• оснащен встроенными разрядными резисторами для безопасности обслуживающего персонала.

Основные серии конденсаторов ZEZ SILCO:

• N (NORMAL) - нормальный режим;
• HD (HEAVY DUTY) – тяжелый режим;
• UHD (ULTRA HEAVY DUTY) – сверхтяжелый режим.

Соответствуют стандартам IEC EN 60831-1/2, VDE 0560-46/47, ГОСТ 1282-88.

Расширенная техническая информация по ссылке.

2.    Дроссели защитные (реакторы)

Дополнительный элемент УКРМ, предназначены для защиты конденсаторов.

Часто применение силовых электронных устройств с нелинейными нагрузками ведёт к гармоническим искажениям в электрических системах. Эта несинусоидальная нагрузка вызывает увеличение эффективного тока силового конденсатора и других компонентов системы, а также возможность емкостного резонанса с другими индуктивными нагрузками. В результате это может привести к проблемам и даже отказам оборудования.

Решением является применение расстроенных (фильтрующих) реакторов или дросселей защитных, которые создают последовательную резонансную цепь с силовыми конденсаторами. Эта расстроенная система защищает оборудование от эффекта резонанса, а также действует как фильтр высших гармоник. Обычно рекомендуется применять расстроенные реакторы (дроссели) при уровне искажений по напряжению THD-U более 3%.

Главные преимущества на примере серии TKC1, TKA1 ZEZ SILKO:

• низкие потери за счет особенностей конструкции и высококачественных материалов;
• намотка из медной TKC или алюминиевой ленты TKA;
• +/- 5% погрешность индуктивности;
• коэффициенты расстройки: 5,67%, 7%, 14%;
• встроенный температурный датчик: TKC-90℃ и TKA-130℃;
• пропитка – эпоксидная смола (полиэстер) для хорошей изоляции, низкого шума работы и долговечности;
• рабочая температура окружающей среды не более 40℃.

Соответствуют стандартам IEC EN 60076-6, IEC EN 61558-2-20.

Расширенная техническая информация по ссылке.

3.    Контакторы для коммутации конденсаторов

Конденсаторные контакторы предназначены для коммутации конденсаторов в конденсаторных установках без дросселей и с дросселями. 

Современные конденсаторные контакторы на примере серии CNNK_N RADE KONCAR и серия DILK EATON:

• снабжены дополнительной контактной группой, установленной параллельно основной. При подаче напряжения на катушку управления обе группы контактов приводятся в действие одновременно, но из-за меньшего расстояния лимитируемого упором, вспомогательные контакты замыкаются на несколько миллисекунд раньше основных. Такая конструкция позволяет ограничить пусковые токи, предотвращая сваривание контактов в момент коммутации и тем самым продлевает срок службы контакторов, а также позволяет улучшить качество электроэнергии, сглаживая провалы напряжения во время коммутации, что в свою очередь продлевает срок службы самих конденсаторов;
• обладают электрической долговечностью;
• работа с уменьшенной потерей энергии при включении;
• удобство подбора, номинал контактора соответствует номиналу конденсатора в kVAr по AC6-b для 400-440VAC;
• наличие встроенного вспомогательного контакта, а также возможности установки дополнительных, при необходимости;
• обладают компактными габаритами и выполнены в современном дизайне. 

 Rade Koncar                                                                                Eaton

Производители контакторов рекомендуют выбирать контактор как минимум на номинал выше для установок КРМ с сетевым THDU - более 2%, без дросселированной защиты конденсаторов, а также в случае возможной эксплуатации при температуре выше 55℃.

Соответствуют стандартам IEC 60947-1, IEC 60947-4-1.

Расширенная техническая информация по ссылкам: Rade Koncar, Eaton

4.    Регуляторы реактивной мощности

Автоматическая компенсация реактивной мощности осуществляется за счет специального регулятора, который измеряет реактивную мощность и согласно внутреннему алгоритму управляет включением и отключением ступеней конденсаторов с целью поддержания требуемого значения cos φ.

Современные регуляторы реактивной мощности помимо ступенчатой коррекции cos φ способны осуществлять защиту компонентов УКРМ, а также позволяют осуществлять мониторинг ступеней в течении срока эксплуатации.

Дополнительные функциональные возможности регуляторов на примере серий BLR-CX, CX eco, CX plus от немецкого производителя Beluk:

• контроль температуры, доступно подключить вентилятор к устройству и использовать термодатчик (выносной или встроенный) для организации терморегуляции, а также аварийного отключения установки КРМ (BLR-CX, CX eco, CX plus);
• контроль Umax и Umin сети (BLR-CX, CX eco, CX plus);
• контроль THDU, измерение 3-19 гармоники (BLR-CX, CX eco, CX plus);
• контроль THDI, измерение 3-19 гармоники (CX eco, CX plus);
• возможность работы с ТН в системах среднего и высокого напряжения, коэффициент трансформации, регулируемый в диапазоне 1 – 350 (BLR-CX, CX eco, CX plus);
• мониторинг ступеней, информация о числе коммутаций, текущей мощности ступени и проценте первоначальной мощности, очень важно для расстроенных контуров при дроссельной защите (BLR-CX, CX eco, CX plus);
• наличие аварийного контакта, TTL интерфейса (BLR-CX, CX plus);
• RS-485, протокол Modbus (CX plus);
• несколько алгоритмов регулирования, автоматическое определение размера шага (BLR-CX, CX plus);
• один алгоритм BEST-FIT, автоматическое определение размера шага (CX eco);
• память аварий (позволяет хранить последние 10 событий) и память Umax, THDUmax, что очень важно при разборе рекламаций;
• цифровой вход, возможности отключить аварию и выбирать между cos φ1 и cos φ2 (CX plus);
• релейные выходы 6 или 12 ступеней и отдельный выход для вентилятора, который можно использовать как ступень 7-я и 13-я (CX eco, CX plus);
• встроенный температурный датчик (CX eco, CX plus);
• опциональный выносной температурный датчик (BLR-CX);
• установка пароля на меню настроек 200_800 (CX eco, CX plus).

Рекомендации к проектированию УКРМ.

Перед проектирование УКРМ в электрических сетях действующих объектов должны проводиться измерения и анализ гармонического состава кривой напряжения. На основании данных THDU, а также номера «проблемной» гармоники (гармоник) возможно осуществить компетентный подбор серии конденсаторов по режиму работы, определить номиналы контакторов, обеспечивающих надежную коммутацию на весь ожидаемы срок службы конденсаторов, а также судить о необходимости применения защитных дросселей для защиты конденсаторов с требуемым для этого коэффициентом расстройки. 

 При проектировании электрических сетей с УКРМ для вновь вводимых объектов в первую очередь следует опираться на опыт проектирования схожих объектов. Также существует методика по выбору комплектующих для УКРМ исходя из коэффициента гармоник (SH/ST), который отражает относительную величину оборудования с нелинейными характеристиками на участке компенсации.

SH (кВА) – взвешенная сумма мощностей генераторов гармоник, присутствующих во вторичной обмотке трансформатора.

ST (кВА) – номинальная мощность понижающего трансформатора ВН/НН.

(SH/ST) ≤ 15% - применение конденсаторов серии N;

(SH/ST) ≤ 25% - применение конденсаторов серии HD;

(SH/ST) ≤ 30% - применение конденсаторов серии UHD;

(SH/ST) ≤ 35% - применение конденсаторов серии N c дросселем;

(SH/ST) ≤ 50% - применение конденсаторов серии HD c дросселем;

(SH/ST) ≤ 55% - применение конденсаторов серии UHD c дросселем;

Данная методика имеет свои недостатки такие как:

• отсутствие информации по номерам гармоник и величине THDU в них для подбора защитного дросселя с нужным коэффициентом расстройки;
• относительная величина (SH/ST) не на 100% отражает реальную THDU сети.

В случаях отсутствия опыта проектирования для вновь вводимых объектов я бы рекомендовал закладывать по умолчанию в проект дроссели для защиты конденсаторов.

Подбор дросселя:

Как универсальное решение можно закладывать дроссель с частотой расстройки 14% (134Гц) с защитой от 3-й гармоники и гармоник более высокого порядка, но это будет экономически необоснованно при отсутствии проблем в 3-й гармонике.

Проблемы в 3-й гармонике (нулевой последовательности) встречается гораздо реже чем в 5 и 7 гармониках т. к. характерны для потребителей с большой однофазной нагрузкой, а стоимость дроссель с частотой расстройки 7% (189Гц) с защитой от 5-й гармоники и гармоник более высокого порядка значительно дешевле чем дросселя 14% (134Гц) и дросселя 5,67% (210Гц) с фильтрацией 5-й гармоники.

Для существующих объектов, где возможно провести анализ сети при подборе комплектующих для УКРМ на напряжение сети 400VAC допускается руководствоваться негласным правилом, основанным на данных полученных от производителей комплектующих, информации изложенной в статье «К вопросу о проектировании компенсации реактивной мощности в электрических сетях промышленных предприятий» за авторством к. т. н. А. И. Жуковского, а также собственного мнения автора статьи.

В заключении хочется озвучить основную проблему в организации закупок. Очень часто на конкурсной основе сборщики УКРМ получают техническое задание, где указаны мощность установки, напряжение сети и шаг ступени. В рамках конкурса, где единственным критерием оценки предложения является ЦЕНА, то многим участникам конкурса приходится рисковать, предлагая максимально бюджетную сборку в надежде не получить рекламацию в гарантийный период.

Часто риск оказывается не оправданным. УКРМ выходит из строя раньше гарантийного срока, а взорвавшийся конденсатор способен причинить дополнительные материальные затраты, повредив соседние элементы установки. Встроенный разъединитель по давлению у конденсатора - это не 100% гарантия защиты корпуса конденсатора от разрыва.

Компания ZEZ SILKO рекомендует при проектировании оболочек для УКРМ учитывать конструктивно возможность взрыва конденсаторов.

Также не нужно забывать и Заказчика, который рассчитывал получить положительный эффект от ее работы за расчетный срок службы установки в среднем от 15 до 20 лет.

В такой ситуации на стадии конкурса, если не представляется возможным получить или самостоятельно произвести анализ сети, рекомендуется сборщику воспользоваться рекомендациями, изложенными в данной статье для подбора комплектующих УКРМ.

 Потребителей в современном мире с THDU не более 2% практически не осталось и даже они в ближайшее время норовят провести модернизацию, что неизбежно приведет к повышению оборудования с нелинейными характеристиками.

Задать вопросы автору статьи: telushkin@overdrive.by

Уточнить цены, наличие, получить квалифицированную консультацию можно по телефонам ☎️ +375 17 247-19-99, +375 44 567-19-99, либо у своего менеджера.