З пoмoщью малoзатратних уcтрoйcтв, додаванням в мережа переменнoгo тoка, прoмишленнoе підприємство мoжет ocтаваясь за coбoй, без перебільшення, дo третини «oбичних» витрат на електрoенергію. І oбманивать Лічильник при цьому вoвcе НЕ прідетcя. Потрібно вcего лише приборкати реактивну мощноcть, що гуляє по кабелях, як їй заблагораccудітcя. Здеcь ми раccкажем про воздейcтвіі «незваної мощноcть» на енерговитрати проізводcтва, а також про Сучасний обладнанні, здатному не тільки згладити наслідки шкідливого явища, але і звернути зло на користь.
На превеликий жаль, сьогодні багато хто з нас не володіють піднятою проблемою навіть в загальних рисах. А якщо і розуміють її, то найчастіше недооцінюють, вбачаючи в компенсації реактивної потужності скільки-небудь відчутного джерела для економії. Але ж тут навіть не треба бути фахівцем. Оскільки всі ми, так чи інакше, якщо не на виробничому, так на побутовому рівні, є постійними споживачами електроенергії. На погляд її якість і вартість нам повинні бути настільки ж не байдужі, як якість і вартість подається в будинок питної води.
Не здивуюся, якщо хтось із читачів відверто обуриться, запідозривши, що йому зібралися елементарно морочити голову. Він знає, що струм в розетці або є, або його з якихось причин немає. Останнє неприємно, потрібно терміново дзвонити диспетчеру, щоб той вжив заходів. Але про яку якість самої енергії тут йдеться? Як його визначати - на смак, на колір, на запах? Можете кепкувати з цього благодатного приводу і далі, але майте на увазі - тут адже як в політиці, якщо ми не займемося якістю енергії, воно само нами займеться.
Ціна мілісекунд відключень
Буквально під самий міленіум уряду в США і Канаді, оцінивши наслідки від провалів напруги (згадайте заголовки в наших виданнях - «Нью-Йорк в темряві», «Вашингтон занурився в пітьму»), організували загальнонаціональні енергетичні обстеження більшості промислових підприємств. Метою такої профілактики (просто-таки тягне сказати «медичної», вже дуже схоже) ставилася вироблення нової концепції захисту промислового обладнання від порушень електропостачання. Вам цікава ціна питання? Так ось вартість збитку від поганої якості електричної енергії в економіці двох найбільших американських країн експерти визначили сумою, яка перевищує 150 млрд. Дол. В рік.
У нас в Росії, як водиться, офіційної статистики з цього приводу не існує. Хоча, якщо грунтовно понишпорити по інформаційним засіках, можна виявити деякі вимірювання місцевого масштабу, теж дають грунт для роздумів. Наприклад, в Північно-Західному федеральному окрузі один великий постачальник електроенергії, якому чомусь не спалося на лаврах постійного доходу, взяв та й підрахував, скільки перепадів напруги сталося саме на 12 ділянках потужністю від 5 до 30 МВА і які виявилися наслідки.
Вимірювали рівно 10 місяців, на більше з якихось причин не вистачило. За цей час відзначили 858 перепадів, 42 з яких призвели до відчутних збої в мережі і фінансові втрати. Що примітно, на всіх цих 12 ділянках основними споживачами енергії були підприємства з нескладною технологією. Проте, фінансові втрати були оцінені в суму 600 тис. Євро, а максимальний збиток, що припав на окремо взятий ділянку, склав 165 тис. Євро. Особливо підкреслимо, що штрафних санкцій ніхто нікому пред'являти не збирався, заміряли так, для загального інтересу, а тому про «підтасовуванні» мови бути не може. Тоді звідки взялися ті самі перепади кількістю в сотні і багатотисячні втрати в інвалюті?
Така пильна увага північно-західній статистиці ми приділили не тільки тому, що іншої немає. Тим дослідникам спасибі сказати треба вже за те, що вони підкреслили назрілу, як пухлина, проблему. На жаль, регламентована сьогодні система захисту підприємства заснована на старій, як детекторний приймач, нормі проектування, яка допускає від 2 до 3 аварійних відключень електроенергії в рік, хоча в різних регіонах в даний час вони відбуваються з частотою до 40 разів на рік.
За останні роки характер споживання електроенергії зазнав істотних змін. У технологічних процесах більшості підприємств, будь то завод або сучасна медична клініка, стає все більше низьковольтних приводних електродвигунів, мікропроцесорної техніки, систем телекомунікації. І хіба ви самі не помічали, як той же улюблений усіма Інтернет часто буквально обривається короткими за тривалістю (кілька МСЕК) провалами і перевантаженнями напруги живлення. Але якщо для користувача мережі таке переривання прикро, але не страшно, то складного автоматизованого виробництва провал напруги в десяті частки секунди може загрожувати часткової або повної зупинкою. Прямий і непрямий збиток тоді набридне вважати.
Напрошується сакраментальне висновок, що потрібно просто як слід притиснути тих же енергетиків, щоб вони ретельніше стежили за якістю електроенергії в своїх мережах (думається, тепер і недосвідчена зрозумів, про що ми говоримо). Але справа в тому, що енергосистеми, не маючи часом повною інформацією про режими роботи споживчих електроустановок, ніяк не можуть впливати на них і не мають можливості домогтися повного контролю над процесом управління, оскільки виною всьому реактивна потужність.
Теорія точна, але суха. Відповідно до неї, реактивна потужність (РМ) - це величина, що характеризує навантаження, створювані в електротехнічних пристроях коливаннями енергії електромагнітного поля в ланцюзі синусоїдального змінного струму. А синусоидальность тому і виникає, що споживають електроенергію пристрої, в яких створюється магнітне поле (мотори, дроселі, трансформатори, індукційні нагрівачі, зварювальні генератори), викликають відставання струму від напруги (зрушення фаз), обумовлене наявністю індуктивності.
Основу будь-якого електродвигуна або трансформатора складають витки мідного дроту. намотаного на магнітну основу. Тому в процесі роботи вони вже в силу законів фізики за рахунок високої магнітної проникності і самоіндукції генерують реактивну потужність. А та, здійснюючи коливальні рухи від навантаження до джерела (генератора) і назад, поширюється по мережі.
Здавалося б, «незваної потужності» треба тільки радіти, оскільки вона нізвідки взялася. Та ось невдача: відповідно до теорії, РМ характеризується затримкою (струм відстає) між синусоїда фаз напруги і струму мережі. У моменти, коли синусоїди напруги і струму мають протилежні знаки, потужність не споживається навантаженням, а подається назад по мережі в сторону генератора. І мотається ця «добавочка» на вашому ж лічильнику, причому не в зворотний бік.
Втім, генерація РМ породжує і інші негативні явищами. Серед них:- підвищення активних втрат (т. к. збільшується повна потужність);
- зниження здатності навантаження (т. к. зростає струмовий навантаження на кабель живлення і розподільний трансформатор);
- більше падіння напруги (через збільшення реактивної складової струму мережі живлення).
Таким чином, негативний вплив РМ на електричну мережу незрівнянно більше, ніж позитивне. Недарма в кінці 80-х років, тобто за часів занепаду СРСР, на всіх промислових підприємствах були директивно змонтовані конденсаторні батареї. На жаль, в подальші 90-ті роки багато підприємств-споживачі електроенергії відключали були у них компенсуютьпристрої, не турбуючись про підтримку їх працездатності через недостатнє фінансування, а деякі - і зовсім демонтували КРМ.
Рівень РМ двигунів, генераторів і мережі підприємства в цілому характеризується коефіцієнтом потужності cosw - це чисельне відношення активної потужності до повної потужності. Наприклад, cosw асинхронних двигунів становить приблизно 0,7; зварювальних трансформаторів - приблизно 0,4; cosw верстатів - не перевищує 0,5 і т. д. Тому повне використання потужності мережі можливо тільки при компенсації її реактивної складової.
Компенсація реактивної потужності може бути індивідуальною (місцевої) і централізованої (загальною). У першому випадку паралельно навантаженні підключають один або кілька (батарею) косинусного конденсаторів, у другому - кілька конденсаторів (батарей) підключається до головного розподільного щита.
Індивідуальнакомпенсація - найпростіший і найдешевший спосіб компенсації реактивної потужності. Число конденсаторів (конденсаторних батарей) відповідає числу навантажень, і кожен конденсатор розташований безпосередньо біля відповідного навантаження (поруч з двигуном і т. П.). Така компенсація може бути доброю лише для постійних навантажень (наприклад, один або кілька асинхронних двигунів з постійною швидкістю обертання валу), тобто там, де реактивна потужність кожного з навантажень (у включеному стані навантажень) з плином часу змінюється незначно і для її компенсації не потрібно зміни номіналів підключених конденсаторних батарей. Тому індивідуальна компенсація зважаючи незмінного рівня реактивної потужності навантаження і відповідної реактивної потужності компенсаторів називається також нерегульованої.
Централізована компенсація - компенсація реактивної потужності за допомогою однієї регульованою установки КРМ, підключеної до головного розподільного щита. Застосовується в системах з великою кількістю споживачів (навантажень), що мають великий розкид коефіцієнта потужності протягом доби, тобто для змінного навантаження (наприклад, кілька двигунів, розміщених на одному підприємстві і підключаються по черзі). У таких системах індивідуальна компенсація неприйнятна, тому що, по-перше, стає занадто дорогою (при великій кількості обладнання встановлюється велика кількість конденсаторів), і, по-друге, виникає ймовірність перекомпенсації (поява в мережі перенапруги).
У разі централізованої компенсації конденсаторна установка оснащується спеціалізованим контролером (автоматичним регулятором реактивної потужності) і комутаційно-захисною апаратурою (контакторами і запобіжниками). При відхиленні значення cosw від заданого значення контролер підключає або відключає певні конденсаторні батареї (компенсація здійснюється східчасто). Таким чином, контроль здійснюється автоматично, а потужність підключених конденсаторів відповідає споживаної в даний конкретний момент часу реактивної потужності, що виключає генерацію реактивної потужності в мережу і поява в мережі перенапруги.
Устаткування для боротьби з РМ випускають зараз багато компаній і у нас, і за кордоном. Для наочності розглянемо пропоноване ними різноманітність на прикладі вітчизняної «Матик-електро». Устаткування для компенсації реактивної потужності за допомогою низьковольтних КРМ-0,4 кВ (аналог УКМ 58, АКУ, УККРМ), вироблене цією компанією і оснащене автоматичними регуляторами європейського рівня, здатне майже на третину скоротити витрати будь-якого виробництва на електроенергію. Конденсаторні установки істотно знижують навантаження на трансформатори і кабелі і тим самим підвищують надійність мереж.
Компенсація реактивної потужності здійснюється на базі високовольтних конденсаторних установок, застосовується в електромережах 6,3 / 10,5 / 35 кВ з високовольтної навантаженням. Конденсаторні установки компенсації реактивної потужності високовольтні КРМ (аналог укл 56, укл 57) - 6,3 / 10,5 / 35 кВ виробляються на реактивні потужності від 150 до 50 000 кВАр. Компенсація реактивної потужності відбувається в ручному режимі, шляхом підключення необхідного числа батарей косинусного конденсаторів. Високовольтні установки компенсації реактивної потужності виробляються на базі компенсаційних конденсаторів провідних світових виробників, в корпусах порошкового фарбування, мають термін служби 150 тис. Годин.
Регульована установка компенсації реактивної потужності в автоматичному режимі, під керуванням мікропроцесорного регулятора покращує cosw шляхом підключення / відключення необхідного числа батарей конденсаторів. Вони випускаються з кроком від 20 до 450 кВАр і сумарною потужністю до 100 МВАр. Виробляються також установки, в яких компенсація реактивної потужності здійснюється одночасно з фільтрацією гармонік в мережі.
Такі конденсаторні установки - краще, а іноді і єдине рішення, коли необхідно здійснювати компенсацію реактивної потужності навантаження в короткий період часу. Конденсаторні установки з тиристорн ключами застосовуються в цехах з резкопеременной навантаженням. До таких відносяться цехи з великою кількістю підйомно-транспортних механізмів, штампувальних установок і пресів, зварювальних апаратів.
На відміну від установок з контакторами, тиристорні КУ мають швидкодією на 2 порядки вище, тому що не вимагається затримка спрацьовування на час розряду конденсатора. У тиристорних установках після подачі сигналу на комутацію тиристор «сам вибирає» час підключення в момент, коли напруга в мережі і на конденсаторі рівні. Затримка включення становить не більше 20 мс.
При цьому слід зазначити, що конденсатори підключаються без пускових струмів. Це продовжує термін служби конденсаторів. У зв'язку з відсутністю рухомих механічних контактів тиристорні конденсаторні установки мають більший ресурс. Для захисту тиристорів застосовуються спеціальні швидкодіючі запобіжники.
Косинусні, фазові конденсатори для компенсації реактивної потужності використовуються для місцевої компенсації (підключення паралельно двигунів і т.п.). Великий гарантований термін їх експлуатації (більше 100 000 годин) забезпечується передовими розробками в області плівкових технологій для конденсаторів, в тому числі - вакуумної обробкою діелектрика. Конденсатори для компенсації реактивної потужності виробляються на напруги від 0,4 до 10,5 кВ і потужності до 700 кВАр.
Контактори для компенсації реактивної потужності - нове покоління електричних апаратів на струми від 10 до 130 А з широкими функціональними можливостями і сучасним дизайном. Всі апарати мають європейський і російський сертифікати і застосовуються в установках компенсації реактивної потужності на напруги 0,4 - 0,69 кВ. Контактори для установок компенсації реактивної потужності виробляються на номінали 5 - 75 кВАр і мають контакти попередньо включений для обмеження струму через компенсуючий конденсатор в момент включення. Дані контактори згладжують пусковий струм і продовжують термін служби конденсаторів в установках компенсації реактивної потужності.
Вимикачі навантаження для установок компенсації реактивної потужності Federal і ВНК виробляються з запобіжниками або без них (виконання - вимикач навантаження) відповідно до стандартів IEC / EN 60947-3 і ГОСТ. Вони були розроблені для забезпечення миттєвого вимикання ланцюгів установок компенсації реактивної потужності з різними струмами. Вимикачі навантаження незамінні в установках компенсації реактивної потужності на великі струми - потужність понад 200 кВАр.
Трансформатори струму розбірні TA.R (аналог Т-0.66, ТНШЛ, ТШ), на струм від 250 до 5000 А, для швидкого монтажу, призначені для полегшення установки їх на шину (від 20х30 мм до 160х80 мм) і кабель (діаметр від 20 до 80 мм). Дані трансформатори зручні як зовнішній датчик струму для установок компенсації реактивної потужності.