Компенсация реактивной мощности у потребителей
Для перемещения электрической энергии от мест производства до мест потребления не используются другие ресурсы, используется часть самой передаваемой энергии, поэтому ее потери неизбежны, задача состоит в определении их экономически обоснованного уровня. Снижение потерь электроэнергии - одна из задач энергосбережения. Классификация потерь включает в себя четыре составляющие.
1. Технические потери электроэнергии, обусловленные физическими процессами, происходящими при передаче электроэнергии по электрическим сетям и выражающимися в преобразовании части электроэнергии в тепло в элементах сетей.
2. Расход электроэнергии на собственные нужды, необходимый для работы технологического оборудования подстанций и жизнедеятельности обслуживающего персонала.
3. Инструментальные потери, определяются метрологическими характеристиками и режимами работы используемых приборов.
4. Коммерческие потери, обусловлены несоответствием показаний счетчиков оплате за электроэнергию потребителями и другими причинами в сфере организации контроля за потреблением энергии (т.е., в первую очередь, воровством).
Нагрузочные потери активной мощности в элементе сети с сопротивлением R при напряжении U определяются по формуле:
В большинстве случаев значение P (активная мощность) и Q (реактивная мощность) на элементах сети изначально неизвестны. Как правило, известны нагрузки в узлах сети (на подстанциях). Значения данных величин определяются посредством измерений по нормативным методикам, позволяющим определить данные параметры для различных периодов нагрузок - сезонных минимумов и максимумов.
Из формулы видно, что для снижения потерь мощности важно проводить мероприятия по уменьшению или ограничению потребления реактивной мощности потребителями.
В электрических цепях, содержащих комбинированную нагрузку, в частности, активную (лампы накаливания, электронагреватели и др.) и индуктивную (электродвигатели, распределительные трансформаторы, сварочное оборудование, люминесцентные лампы и др.) общую мощность, забираемую от сети, можно выразить следующей векторной диаграммой:
Рис. 9.3. Диаграмма потребления мощности
Отставание тока по фазе от напряжения в индуктивных элементах обуславливает интервалы времени, когда напряжение и ток имеют противоположные знаки: напряжение положительно, а ток отрицателен и наоборот. В эти моменты мощность не потребляется нагрузкой, а подается обратно по сети в сторону генератора. При этом электроэнергия, запасаемая в каждом индуктивном элементе, распространяется по сети, не рассеиваясь в активных элементах, а совершая колебательные движения (от нагрузки к генератору и обратно). Соответствующую мощность называют реактивной.
Рис. 9.4. Диаграмма активной и реактивной мощности
Полная мощность складывается из активной мощности, совершающей полезную работу, и реактивной мощности, расходуемой на создание магнитных полей и создающей дополнительную нагрузку на силовые линии питания. Соотношение между полной и активной мощностью, выраженное через косинус угла между их векторами, называется коэффициентом (фактором) мощности.
Активная энергия преобразуется в полезную - механическую, тепловую и др. энергии. Реактивная энергия не связана с выполнением полезной работы, однако она необходима для создания электромагнитного поля, наличие которого является необходимым условием для работы электродвигателей и трансформаторов. Потребление реактивной мощности от энергоснабжающей организации нецелесообразно, т.к. приводит к увеличению мощности генераторов, трансформаторов, сечения подводящих кабелей, а так же повышению активных потерь и падению напряжения. Поэтому реактивную мощность необходимо получать (генерировать) непосредственно у потребителя. Эту функцию выполняют установки компенсации реактивной мощности (КРМ), основными элементами которых являются конденсаторы.
Реактивная мощность при этом уже не перемещается между генератором и нагрузкой, а совершает локальные колебания между реактивными элементами - индуктивными обмотками нагрузки и компенсатором. Такая компенсация реактивной мощности (снижение индуктивного тока в системе «генератор - нагрузка») позволяет, в частности, передать в нагрузку большую активную мощность при той же номинальной полной мощности генератора.
Наиболее эффективно проводить компенсацию реактивной мощности непосредственно у потребителя, но это процесс достаточно долгий и дорогостоящий. Для получения более быстрого ощутимого результата на первом этапе необходимо провести компенсацию реактивной мощности на подстанциях, что позволит разгрузить сеть и получить энергосбережение в пределах 10-20%. Предварительно, на подстанциях в сетях 0,4 кВ необходимо выравнивание нагрузок фаз, которое производится путем переключения части абонентов с перегруженных фаз на недогруженные.
На уровне отдельных непромышленных потребителей, особенно в жилых домах с однофазной нагрузкой, выравнивание фаз таким способом произвести нельзя из-за непрерывно меняющейся величины и характера нагрузки. Поэтому компенсация реактивной мощности на объектах должна производиться на каждой отдельной фазе. При этом в каждом случае должны учитываться гармонические составляющие, при необходимости устройства по компенсации реактивной мощности должны иметь фильтры с автоматическим регулированием емкости. В данном случае важно правильно произвести подбор фильтро-компенсирующего устройства (ФКУ).
Таким образом, для решения задачи по КРМ необходимо проводить работу в несколько этапов.
1. Централизованная (грубая) компенсация, которая проводится на подстанциях и включает в себя проведение мониторинга показателей качества электроэнергии, выравнивание фаз, фильтрацию тока и установку КРМ.
2. Индивидуальная (точечная) компенсация проводится на уровне каждой квартиры или параллельно нагрузке, посредством подключения установок КРМ (косинусных конденсаторов небольшой емкости). Данное мероприятие позволяет обеспечить синусоидальность тока, тем самым значительно уменьшая технические потери. Такие же мероприятия должны проводиться и внутри электроустановок зданий.
Хотя основными потребителями индуктивной мощности являются промышленные и производственные предприятия, на которых индуктивная мощность необходима для работы понижающих трансформаторов, асинхронных двигателей, электросварочного оборудования, индукционных печей и др., но нельзя сбрасывать со счетов и непромышленные объекты. Т.к. в настоящее время наблюдается увеличение потребления индукционной мощности в социально-бытовой сфере за счет увеличения числа различных электроприводов, стабилизирующих и преобразовательных устройств. Применение полупроводниковых преобразователей приводит к ухудшению формы кривой тока, что ухудшает работу других электроприемников, сокращает срок их службы, создает дополнительные потери электроэнергии. Современные люминесцентные светильники, все шире применяемые в квартирах и офисах, для продажи в России комплектуются дешевыми китайскими конденсаторами, срок службы которых обычно составляет несколько часов. Косинус φ у таких источников света составляет менее 0,5.
Нормативы уровня компенсации реактивной мощности изначально определены в «Инструкции по проектированию городских электрических сетей» (РД 34.20.185-94, последние изменения и дополнения внесены и утверждены Приказом Минтопэнерго РФ от 29.06.99 № 213.), где определены расчетные коэффициенты реактивной мощности жилых домов:
Потребитель электроэнергии
|
cos j
|
tg j
|
Жилые дома с электрическими плитами
|
0,98
|
0,2
|
Жилые дома с плитами на газообразном или твердом топливе
|
0,96
|
0,29
|
Хозяйственные насосы, вентиляционные и другие санитарно-технические устройства
|
0,8
|
0,75
|
Лифты
|
0,65
|
1,17
|
Данный параметр и для других объектов регламентируется в Правилах учета электрической энергии, регистрационный № 1182 в Министерстве юстиции Российской Федерации от 24 октября 1996 г.; в приказе № 49 Минпромэнерго от 22 февраля 2007 г.; письме Минпромэнерго от 1 ноября 2004 г. «Об оказании услуг по компенсации реактивной энергии (мощности)». Для бытового потребителя на сегодняшний день не существует каких-либо ограничений по пользованию реактивной энергией, также как не ведется и мониторинг потребления реактивной мощности непромышленным сектором. Предельные значения коэффициента реактивной мощности устанавливаются для потребителей электроэнергии, присоединенная мощность которых более 100 кВт.
Необходимо поэтапное решение трех основных задач повышения качества электроэнергии и компенсации реактивной мощности - это обеспечение нормативных уровней специальных показателей качества электроэнергии:
колебаний напряжения;
несимметрии напряжений;
высших гармоник.
В распределительных сетях коммунально-бытовых потребителей, содержащих преимущественно однофазную, изменяющуюся по индивидуальному режиму нагрузку, устройства КРМ применяются крайне редко. Но, принимая во внимание, что за последнее десятилетие расход электроэнергии на 1 м2 городского жилищного сектора увеличился втрое, средняя статистическая мощность силовых трансформаторов сетей городской инфраструктуры достигла 325 кВА, а зона использования их трансформаторной мощности сместилась в сторону увеличения и находится в пределах 250-400 кВА, то необходимость применения КРМ становится очевидной.
Были проведены маркетинговые исследования существующих отечественных и зарубежных производителей устройств по компенсации реактивной мощности, среди которых «Schneider Electric»; «NOKIAN CAPACITORS»; «Epcos AG»; «AREVA»; «Electronicon» и отечественные производители, такие как «Диал-электролюкс», «Электроинтер», «НЮКОН»; Усть-Каменогорский конденсаторный завод; «Элтехника» и пр. В инструкциях по эксплуатации установок КРМ указана возможность регулирования коэффициента мощности по максимально загруженной фазе или фазе «А». Для решения поставленной задачи о по-фазном регулировании, необходимо начать научно-исследовательские разработки по созданию таких приборов. В противном случае, как уже было заявлено ранее, необходимо проводить компенсацию реактивной мощности на каждой фазе или компенсировать реактивную мощность непосредственно (или вблизи) источника реактивной энергии.
По итогам проекта компенсации реактивной мощности в жилом доме в течение одного зимнего месяца удалось сократить потребление электроэнергии на 3% (присоединенная мощность дома составляет 400 кВА).
|
