Компенсация реактивной мощности - ключ к снижению энергопотребления

В настоящее время перед потребителями электроэнергии, как небольшими компаниями, так и крупными промышленными предприятиями, остро стоит проблема выживания в конкурентной борьбе. Руководитель предприятия встает перед дилеммой: Как преуспеть на рынке? Каким образом, и применяя какие маркетинговые и инновационные (технические) идеи завоевать, достаточную для работы и развития компании долю рынка. Немаловажным фактором в этой работе является оптимизация себестоимости производимой продукции.

По оценкам отечественных и ведущих зарубежных специалистов, доля энергоресурсов, и в частности электроэнергии занимает величину порядка 30-40% в стоимости продукции. Это достаточно веский аргумент, чтобы руководителю со всей серьезностью подойти к анализу и аудиту энергопотребления и выработке методики энергосбережения. Как показывает опыт ведущих российских больших и малых компаний решение этого вопроса, можно найти в России.

Компенсация реактивной мощности - вот ключ к решению вопроса энергосбережения. Кто-то заметит: "Так это же решение, для крупных предприятий с большим энергопотреблением". Возражу: "Значительное количество реактивной мощности, в настоящее время генерируется источниками освещения (люминесцентными лампами), нелинейной нагрузкой и системами приточно- вытяжной вентиляции и кондиционирования". Кроме того, качество электрической энергии на предприятиях и в офисных зданиях оставляет желать лучшего. Нередки случаи, отображения на экране анализатора сети практически меандра вместо ожидаемой синусоиды. Все это и повышенная потребляемая из сети реактивная мощности и снижение качества напряжения влечет за собой лишние расходы компании на оплату электроэнергии и ремонт выходящего из строя оборудования из-за плохого качества напряжения.

Почему эта проблема возникает?

Большинство потребителей электроэнергии представляют собой электромагнитные механизмы, например электрические машины, трансформаторы, оборудование для дуговой сварки и другие, в которых переменный магнитный поток связан с обмотками.

Вследствие этого в обмотках при протекании переменного тока индуктируются реактивные э.д.с. обуславливающие сдвиг по фазе (fi) между напряжением и током. Этот сдвиг по фазе обычно увеличивается, а cos(fi) уменьшается при малой нагрузке. Например, если cos(fi) двигателей переменного тока при полной нагрузке составляет 0,75-0,80, то при малой нагрузке он уменьшится до 0,20-0,40. Малонагруженные трансформаторы также имеют низкий cos(fi). Поэтому, если не принять специальных мер, то результирующий cos(fi) энергетической системы будет низок и может уменьшиться до 0,50-0,70.

С уменьшением cos(fi) ток нагрузки электрической станции и подстанции будет увеличиваться при одной и той же потребляемой из сети активной мощности. Соответственно при компенсации реактивной мощности (применении автоматических конденсаторных установок КРМ) ток потребляемый из сети снижается, в зависимости от cos(fi) на 30-50%, соответственно уменьшается нагрев проводящих проводов и старение изоляции.

Вместе с тем, электрические генераторы, трансформаторы и электрические сети рассчитываются на определенные напряжение и ток. Поэтому, например. при cos(fi)=0.5 и полной загрузке током трансформаторов и сетей мощность, передаваемая потребителям, будет составлять всего 50% от мощности, которая могла бы быть передана при cos(fi)=1. Будет иметь место плохое использование установленной мощности трансформаторов, а также электрических сетей.

Для улучшения использования электрической энергии с целью минимизации потерь в условиях ограничений на максимальную потребляемую мощность, большая роль отводится новым техническим средствам, позволяющим улучшить энергетические характеристики: повысить cos(fi) до заданных значений, уменьшить содержание гармоник в питающем напряжении, а также упрощающим проведение мониторинга сети.

Одним из мероприятий является подключение к устройству с постоянной нагрузкой компенсирующего конденсатора соответствующей мощности, включаемого одновременно с включением устройства.

В остальных случаях рекомендуется использование автоматических конденсаторных установок.


Компенсацию реактивной мощности в полной мере можно отнести к энергосберегающим технологиям. Повышение cos(fi) позволяет уменьшить потребление из сети активной и реактивной энергии и увеличить за счет разгрузки по мощности срок службы оборудования.
рисунок 1
На рисунке показано относительное значение полной мощности потребляемой из сети в зависимости от cos(fi).
 рисунок 2
На след. рис. представлен график относительного значения реактивной мощности в зависимости от cos(fi).

 
В этих двух графиках за единицу принято значение активной мощности.


На след. рис. представлен график относительного значения тока, протекающего по фазам в зависимости от cos(fi). На этом графике за единицу принято значение тока при чисто активной нагрузке. В относительных величинах этот график численно совпадает с графиком полной мощности.

Интересен график, приведенный на рис. На этом графике приведены относительные активные потери в проводах в зависимости от cos(ф).


Потери в проводах и шинах пропорциональны квадрату протекающего через них тока. Из графика видно, что уже при cos(fi)=0,7 происходит удвоение потерь в линиях. При этом под линиями следует понимать не только провода и шины, но и обмотки трансформатора, в которых также происходит удвоение потерь.
 
рисунок 3
На след. рис. представлен график относительного значения тока, протекающего по фазам в зависимости от cos(fi). На этом графике за единицу принято значение тока при чисто активной нагрузке. В относительных величинах этот график численно совпадает с графиком полной мощности.

рисунок 4

Большое значение имеет правильный выбор места установки компенсирующего устройства. Общее правило: реактивную мощность надо компенсировать в месте ее возникновения. Если источником реактивной мощности является двигатель насоса или компрессора, то целесообразно ставить компенсирующие конденсаторы непосредственно в шкаф управления этими устройствами. Если реактивная мощность образуется на стороне низкого напряжения (НН), то компенсировать ее надо также на стороне НН, не допуская прохождения реактивной мощности через трансформатор. При этом следует отметить, что срок службы значительной доли силовых трансформаторов, эксплуатируемых на российских предприятиях, перешагнул 15-летний рубеж. Для продления оставшегося срока службы необходимо разгрузить трансформаторы по току, что уменьшит температуру перегрева обмоток и, следовательно, уменьшит скорость старения изоляции. Известно, что уменьшение температуры перегрева обмоток на 10оС позволяет в среднем удвоить оставшийся срок службы. Учитывая значительную стоимость силовых трансформаторов, при повышении cos (fi) этот аспект, наряду с уменьшением платы за реактивную энергию, позволяет существенно улучшить экономические показатели предприятия.