Укрм: что это такое и зачем нужны компенсаторы реактивной мощности

Основные компоненты УКРМ

Для компенсации индуктивной составляющей реактивной мощности применяют конденсаторные установки. Иногда их объединяют в целые батареи и оснащают различной коммутирующей аппаратурой. Она необходима для автоматического переключения конденсаторов с целью повышения или понижения конечной ёмкости батареи. Дополнительно требуется к.л. измерительный прибор для отслеживания коэффициента мощности cosф и прочих параметров УКРМ. На сегодняшний день такие контроллеры выполняются на основе микропроцессоров, которые делают всю работу без вмешательства человека.

Конденсаторный компенсатор

Ёмкостная составляющая компенсируется похожим образом. Здесь уже в качестве выравнивающего cosф устройства выступают синхронные двигатели или специальные реакторы (катушки, дроссели). Ёмкостная составляющая свойственна протяжённым кабельным и воздушным линиям, а не самому промышленному оборудованию.

Определение

Реактивная мощность не выполняет полезной работы. Она обусловлена наличием у потребителя индуктивной или ёмкостной составляющей нагрузки. На предприятиях реактивная мощность возникает при работе электрических двигателей, трансформаторов или ламп ДРЛ. В домашних условиях это моторы пылесосов, стиральных машин или компрессоров холодильников. На корпусе данных агрегатов часто можно увидеть параметр cosф, называемый коэффициентом мощности. Он количественно характеризует долю реактива.

Обратите внимание! Cosф – параметр крайне нестабильный. Он способен меняться в широком диапазоне с течением года и временем суток

Также коэффициент мощности тесно связан с будними и выходными днями.

Бирка на двигателе

Все перечисленное служит примером источников индуктивной составляющей. Гораздо реже встречается ёмкостная. К её примерам относятся мощные импульсные блоки питания и всё, что во входной части содержит конденсаторы.

Архив номеров

Выпуски за 2009 год: №1 (1), №2 (2), №3 (3), №4 (4), №5 (5),

Выпуски за 2010 год: №1 (6), №2 (7), №3 (8), №4 (9), №5 (10), №6 (11), №7 (12), №8 (13),

Выпуски за 2011 год: №1 (14), №2 (15), №3 (16), №4 (17), №5 (18), №6 (19),

Выпуски за 2012 год: №1 (20), №2 (21), №3 (22), №4 (23), №5 (24), №6 (25),

Выпуски за 2013 год: №1 (26), №2 (27), №3 (28), №4 (29), №5 (30), №6 (31),

Выпуски за 2014 год: №1 (32), №2 (33), №3 (34), №4 (35), №5 (36), №6 (37),

Выпуски за 2015 год: №1 (38), №2 (39), №3 (40), №4 (41), №5 (42),

Выпуски за 2016 год: №1 (43), №2 (44), №3 (45), №4 (46),

Выпуски за 2017 год: №1 (47) , №2 (48), №3 (49), №4 (50),

Выпуски за 2018 год: №1 (51), №2 (52), №3 (53), №4 (54).

Виды компенсаторов и их принцип действия

В целях снижения реактива используют устройства компенсации реактивной мощности, т.н. УКРМ. В качестве компенсатора мощности на практике используют чаще всего:

батареи конденсаторов;
синхронные двигатели.

Так как в течении времени количество реактивной мощности может изменяться, значит и компенсаторы могут быть:

Нерегулируемые – обычно конденсаторная батарея без возможности отключения отдельных конденсаторов для изменения емкости.
Автоматические – ступени компенсации изменяются в зависимости от состояния сети.
Динамические – компенсируют, когда нагрузка быстро изменяет свой характер.

В схеме используется, в зависимости от количества реактивной энергии от одного до целой батареи конденсаторов, которые можно вводить и выводить из цепи. Тогда и управление может быть:

ручным (автоматические выключатели);
полуавтоматическим (кнопочные посты с контакторами);
неуправляемыми, тогда они подсоединены напрямую к нагрузке, включаются и отключаются вместе с ней.

Конденсаторные батареи могут устанавливаться как на подстанциях, так и непосредственно возле потребителей, тогда устройство подключается к их кабелям или шинам питания. В последнем случае обычно рассчитываются на индивидуальную компенсацию реактива конкретного двигателя или другого прибора – часто встречается на оборудовании в электрических сетях 0,4 кВ.

Централизованная компенсация выполняется либо на границе балансового раздела сетей, либо на подстанции, при чем может выполняться в высоковольтных сетях 110 кВ. Хороша тем, что разгружает высоковольтные линии, но плохо то, что не разгружаются линии 0,4 кВ и сам трансформатор. Этот способ дешевле остальных. При этом можно и централизованно разгрузить и низкую сторону 0,4 кВ, тогда УКРМ подключается к шинам, к которым подключена вторичная обмотка трансформатора, соответственно разгружается и он.

Также может быть и вариант групповой компенсации. Это промежуточный вид между централизованным и индивидуальным.

Другой способ – компенсация синхронными двигателями, которые могут компенсировать реактивную мощность. Проявляется, когда двигатель работает в режиме перевозбуждения. Такое решение используется в сетях 6 кВ и 10 кВ, также встречается и до 1000В. Преимуществом этого метода перед установкой конденсаторных батарей – возможность использования компенсатора для совершения полезной работы (вращения мощных компрессоров и насосов, например).

На графике изображена U-образная характеристика синхронного двигателя, которая отражает зависимость тока статора от тока возбуждения. Под ней вы видите, чему равен косинус фи. Когда он больше нуля – двигатель имеет емкостной характер, а когда косинус меньше нуля – нагрузка является емкостной и компенсирует реактивную мощность остальной части индуктивных потребителей.

Компенсация мощности силовых трансформаторов

Основными потребителями реактивной мощности являются силовые трансформаторы, поэтому установка конденсаторов вместе с силовыми трансформаторами для подключения полной нагрузки имеет ряд технических преимуществ.

При определении суммарных потерь реактивной мощности необходимо учитывать, что ток намагничивания является практически постоянным в диапазоне от нулевой до полной нагрузки, благодаря чему в трансформаторе сохраняется практически постоянная мощность холостого хода, независимо от режима нагрузки. Вышеуказанная величина определяет величину компенсации реактивной мощности холостого хода.

Кроме того трансформаторы обеспечивают подачу реактивной мощности подключенных нагрузок, которая несомненно изменяется в зависимости от колебаний нагрузки.

Таблица характеристик нерегулируемой компенсации реактивной мощности высоковольтных силовых трансформаторов:

Номинальная мощность, МВА	Первичное напряжение, В	Вторичное напряжение, В	Мощность короткого замыкания (Ucc %)	Мощность конденсатора для компенсации реактивной мощности холостого хода (кВАр)	Мощность конденсатора для компенсации реактивной мощности с нагрузкой (кВАр)
2500	20 — 30	3 — 16	6,7	45	149
3150	20 — 30	3 — 16	7	57	198
4000	20 — 30	3 — 16	7	72	251
5000	20 — 30	3 — 16	7,5	90	330
6300	10 — 36	3 — 20	8,1	114	440
8000	10 — 36	3 — 20	8,4	144	574
10000	10 — 36	3 — 20	8,9	180	750
12500	10 — 36	3 — 20	9	225	945
16000	45 — 66	3 — 20	9,3	288	1240
20000	45 — 66	3 — 20	9,4	360	1563
25000	45 — 66	3 — 20	9,7	450	2002
31500	45 — 66	3 — 20	11	567	2785
40000	45 — 66	3 — 20	12	720	3792

Указанные значения являются ориентировочными

Примечание:

Qt = Sn • Io + Ucc • (S / Sn)2 • Sn

С помощью указанной выше формулы рассчитывается величина реактивной мощности, потребляемой трансформатором, где:

Qt – полная реактивная мощность;
Sn – номинальная мощность трансформатора;
Io – ток холостого хода;
Ucc – напряжение короткого замыкания;
S – фактическая нагрузка трансформатора.

Данная мощность включает в себя две составляющих:

Первая составляющая (Sn. lo) является постоянной величиной, зависящей от тока намагничивания, и равна 0,5 — 2,5% от номинальной мощности трансформатора.

Величина второй составляющей пропорциональна квадрату фактической нагрузки на трансформатор, испытываемой в любой момент времени.

Полная потребляемая реактивная мощность распределительного трансформатора составляет около 10% от полной нагрузки.

Производители трансформаторов рекомендуют не использовать для постоянной нерегулируемой компенсации конденсаторы, номинальная реактивная мощность которых составляет более 15% от номинальной реактивной мощности при полной нагрузке трансформатора. Это позволит избежать возможных повреждений трансформатора, работающего в течение длительного времени в режиме холостого хода.

Преимущества автоматических установок компенсации реактивной мощности:

За счет внедрения автоматических конденсаторных и дроссельных установок на проектируемые и модернизируемые объекты можно добиться следующих результатов:

– снижение уровня энергопотребления до 40%,

– уменьшение нагрузки на силовых трансформаторах, что сказывается на долговечности их эксплуатации,

– уменьшение нагрузки на кабельные и проводные линии, что позволит использовать провода с меньшим сечением,

– убрать лишние наводки и гармоники в питающих электросетях, улучшить качество транспортируемого по ним электричества,

– стоимость компенсирующего оборудования и его монтажа может окупиться в течение полгода – года, а использовать полученные преимущества можно будет несколько десятилетий.

Примечание: Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

карта сайта

Коэффициент востребованности
929

Ситуация с компенсацией реактивной мощности в последние годы

Судя по результатам проведенных в 2011-2012 гг. энергетических обследований электрических сетей, по результатам исследований АО «НТЦ ФСК ЕЭС», ситуация с уровнем компенсации реактивной мощности в электрических сетях в последние годы существенно не изменилась, а кое-где ухудшилась. К сожалению, в настоящее время отсутствует полная и достоверная информация о фактической степени компенсации реактивной мощности по стране в целом, по отдельным регионам и уровням напряжения электрических сетей. Но и та ограниченная информация, которой мы располагаем сегодня, свидетельствует о значительных проблемах, которые требуют безотлагательного решения.

В частности, значительное число линий и автотрансформаторов в магистральных электрических сетях 220-500 кВ работает с повышенными перетоками реактивной мощности (tgφ>0,5), что характеризуется табл. 3.

Табл. 3. Количество подстанций и линий электропередачи, работающих с повышенными перетоками реактивной мощности

ОЭС	Количество подстанций и линий электропередачи, шт., работающих с tgφ>0,5
подстанций	линий
Юга	38	280
Северо-Запада	6	19
Центра	70	138
Средней Волги	45	51
Урала	38	78

Наиболее подробный анализ режимов реактивной мощности по данным телеизмерений был проведен в ОЭС Сибири в 2011 году. Из 266 обследованных автотрансформаторов 220-550 кВ на 137 (более 50%) tgφ их нагрузки превышал допустимое значение 0,5.

По нормативным документам ПАО «ФСК ЕЭС» компенсация зарядной мощности ВЛ 500 кВ должна составлять 80-100%. Тем не менее по той же ОЭС Сибири, она составляет 0,67. По отдельным энергосистемам этой ОЭС степень компенсации находится в пределах 0,35-3,95, что видно из табл. 4.

Табл. 4. Степень компенсации реактивной мощности по отдельным энергосистемам ОЭС Сибири

Энергосистема	Отношение мощности компенсирующих устройств (Qку) к зарядной мощности линий (Qзар) Qку/Qзар, о.е
Алтайская	1,20
Кузбасская	0,35
Новосибирская	0,66
Омская	1,26
Томская	3,95
Западная Сибирь	0,78
Иркутская	0,44
Красноярская	0,48
Хакасская	0,45
Восточная Сибирь	0,46
ОЭС Сибири	0,67

Не лучше ситуация и в других ОЭС. Степень использования установленных в магистральных электрических сетях 220-500 кВ компенсирующих устройств находится в пределах 40-50%.

Отмеченное выше, безусловно, сказывается на уровнях напряжения в электрических сетях. На ряде линий в режимах минимальных нагрузок имеет место избыток реактивной мощности и повышенное напряжение, на ряде перегруженных линий в часы максимума нагрузки наблюдаются пониженное напряжение. И в том и в другом случае это создает трудности при выводе оборудования в ремонт и при ликвидации аварий, а также приводит к дополнительным потерям мощности и электроэнергии в сети.

Недопустимые отклонения напряжения в контрольных точках сети вызваны не только недостаточными степенями компенсации реактивной мощности и использования средств компенсации, но и низкой оснащенностью автотрансформаторов 220-750 кВ средствами автоматического регулирования на трансформаторах (АРНТ) и степенью использования РПН и АРНТ, что видно из табл. 5.

Табл. 5. Оснащенность автотрансформаторов 220-750 кВ устройствами РПН и АРНТ и степень их использования, по состоянию на 2011 г.

Характеристики оснащенности и степени использования	Численное значение для номинального напряжения автотрансформаторов, кВ
220-330	500-750
Общее количество автотрансформаторов (АТ), шт.	1639	306
Число АТ, оборудованных РПН	шт.	1536	277
% от общего кол-ва АТ	94	90
Число РПН, использование которых запрещено руководством	шт.	116	48
% от общего кол-ва АТ	7	16
Общее число не используемых РПН	шт.	640	219
% от общего кол-ва АТ, оборудованных РПН	41	79
Общее число АТ, оборудованных АРНТ	шт.	802	169
% от общего кол-ва АТ	49	55
Общее количество АТ, оборудованных АРНТ и работающих	шт.	81	3
% от общего кол-ва АТ	4,9	1

Из этой таблицы, в частности, следует, что число неиспользуемых РПН от общего количества АТ, оборудованных РПН, составляет в сетях 220-330 кВ – 41%, в сетях 500-750 кВ – 79%. С использованием средств автоматического регулирования напряжения ситуация еще хуже. Только около 50% АТ оборудовано этими средствами, а используется для регулирования напряжения в сетях 220-330 кВ – 4,9%, а в сетях 500-750 кВ – 1% от общего количества АТ.

Виды компенсаторов и их принцип действия

Чаще всего в роли компенсирующего устройства применяется либо батареи конденсаторов, либо двигатели. При этом может использоваться как один компенсатор, так и множество подключенных параллельно.

В течение дня баланс мощности в сети может изменяться, на что УКРМ должно реагировать соответствующим образом. С этой точки зрения компенсаторы бывают:

нерегулируемые – без возможности переключения составных элементов;
автоматические – компенсатор сам отслеживает cosф, производит расчеты и решает, какое количество конденсаторов следует добавить в схему;
с ручным управлением – человек сам анализирует cosф по приборам и производит соответствующие переключения.

В зависимости от условий эксплуатации выделяют следующие типы коммутирующих устройств:

контакторные – только статические переключения;
тиристорные – работа в реальном времени;
вакуумные выключатели – для напряжений свыше 1 кВ.

Выгоды использования

Повысить энергоэффективность энергоносителей, свести к нулю вероятность поломок промышленного оборудования помогает установка УКРМ. Причем этот вид компенсации экологичен, ни окружающей среде, ни здоровью человека не наносится какого-либо вреда. К преимуществам использования приборов потребители и специалисты относят:

увеличение полезной мощности (КПД электросетей и оборудования до 97%);
снижение количества фактически потребленной энергии на 20-30%;
увеличение стабильности уровня напряжения;
повышение срока безаварийной работы техники;
снижение расходов на коммунальные услуги (электроэнергию);
уменьшение пропускной способности в электросетях (минимизация риска перегрева и короткого замыкания).

Использование УКРМ в производстве позволяет избежать и таких расходов как штрафы со стороны органов госконтроля.

Компания «РУСЭЛТ» специализируется на производстве современной техники, которая помогает сократить энергетические затраты. Наша задача – удовлетворить запросы потребителей и предоставить устройства, на 100% соответствующие поставленным задачам. В ассортименте УКРМ различной функциональности, конструкции, типа работы, поэтому мы уверены – выбрать прибор с оптимальными характеристиками сможет каждый потребитель.

Компенсация реактивной мощности в сетях 0,4 кВ: сколько требуется конденсаторов?

Выбор конденсаторной батареи тесно связан со следующими параметрами:

cos φ₂ – желаемая величина коэффициента мощности
cos φ₁ – начальное значение
установленная реактивная мощность.

Необходимая компенсирующая мощность определяется выражением:

Q_C = P (tan φ₁ – tan φ₂)

Это выражение можно переписать в виде: Qc = k * P, где параметр k легко определить из таблицы 1 и

Q_C – требуемая реактивная мощность конденсаторов ;

P – активная мощность ;

Q_L и Q_L’ – реактивная мощность до и после установки конденсаторной батареи;

A, A’ – полная мощность до и после коррекции коэффициента мощности .

Таблица 1

Начальный коэффициент мощности	Конечный коэффициент мощности
0,9	0,91	0,92	0,93	0,94	0,95
0,40	1,807	1,836	1,865	1,896	1,928	1,963
0,41	1,740	1,769	1,799	1,829	1,862	1,896
0,42	1,676	1,705	1,735	1,766	1,798	1,832
0,43	1,615	1,644	1,674	1,704	1,737	1,771
0,44	1,557	1,585	1,615	1,646	1,678	1,712
0,45	1,500	1,529	1,559	1,589	1,622	1,656
0,46	1,446	1,475	1,504	1,535	1,567	1,602
0,47	1,394	1,422	1,452	1,483	1,515	1,549
0,48	1,343	1,372	1,402	1,432	1,465	1,499
0,49	1,295	1,323	1,353	1,384	1,416	1,450
0,50	1,248	1,276	1,306	1,337	1,369	1,403
0,51	1,202	1,231	1,261	1,291	1,324	1,358
0,52	1,158	1,187	1,217	1,247	1,280	1,314
0,53	1,116	1,144	1,174	1,205	1,237	1,271
0,54	1,074	1,103	1,133	1,163	1,196	1,230
0,55	1,034	1,063	1,092	1,123	1,156	1,190
0,56	0,995	1,024	1,053	1,084	1,116	1,151
0,57	0,957	0,986	1,015	1,046	1,079	1,113
0,58	0,920	0,949	0,979	1,009	1,042	1,076
0,59	0,884	0,913	0,942	0,973	1,006	1,040
0,60	0,849	0,878	0,907	0,938	0,970	1,005
0,61	0,815	0,843	0,873	0,904	0,936	0,970
0,62	0,781	0,810	0,839	0,870	0,903	0,937
0,63	0,748	0,777	0,807	0,837	0,870	0,904
0,64	0,716	0,745	0,775	0,805	0,838	0,872
0,65	0,685	0,714	0,743	0,774	0,806	0,840
0,66	0,654	0,683	0,712	0,743	0,775	0,810
0,67	0,624	0,652	0,682	0,713	0,745	0,779
0,68	0,594	0,623	0,652	0,683	0,715	0,750
0,69	0,565	0,593	0,623	0,654	0,686	0,720
0,70	0,536	0,565	0,594	0,625	0,657	0,692
0,71	0,508	0,536	0,566	0,597	0,629	0,663
0,72	0,480	0,508	0,538	0,569	0,601	0,635
0,73	0,452	0,481	0,510	0,541	0,573	0,608
0,74	0,425	0,453	0,483	0,514	0,546	0,580
0,75	0,398	0,426	0,456	0,487	0,519	0,553
0,76	0,371	0,400	0,429	0,460	0,492	0,526
0,77	0,344	0,373	0,403	0,433	0,466	0,500
0,78	0,318	0,347	0,376	0,407	0,439	0,474
0,79	0,292	0,320	0,350	0,381	0,413	0,447
0,80	0,266	0,294	0,324	0,355	0,387	0,421
0,81	0,240	0,268	0,298	0,329	0,361	0,395
0,82	0,214	0,242	0,272	0,303	0,335	0,369
0,83	0,188	0,216	0,246	0,277	0,309	0,343
0,84	0,162	0,190	0,220	0,251	0,283	0,317
0,85	0,135	0,164	0,194	0,225	0,257	0,291
0,86	0,109	0,138	0,167	0,198	0,230	0,265
0,87	0,082	0,111	0,141	0,172	0,204	0,238

Реактивная мощность в электрической сети:

Понятие электрической мощности описывается скоростью, с которой генерируется, передается либо потребляется электроэнергия за определенный период. С ее ростом увеличивается и работа, совершаемая электроустановкой.

Полная мощность (S) в цепях переменного тока имеет активную (P) и реактивную (Q) составляющую. При первой (полезной) током совершается эффективная работа, вторая (паразитная) – ничего не выполняет, но разогревает провода и излучается в окружающее пространство.

Формула взаимосвязи мощностей может быть представлена в виде треугольника мощностей:

S2 = P2 + Q2

Где S измеряется в Вольт-амперах (ВА), P – в Ваттах (Вт), а Q – в Вольт амперах реактивных (Вар).

Для работы и синхронизации генераторных установок, вырабатывающих и передающих ток в линию, используются реактивные нагрузки (катушки либо конденсаторы). Но они сдвигают фазу тока на опережение либо отставание от напряжения. То же делают реактивные нагрузки на предприятиях-потребителях электричества. Этот угол между фазами принимают, как косинус фи (cos φ = P/S) и измеряют при помощи фазометра. В результате возникает реактивная составляющая мощности, способствующая появлению электромагнитных полей, поддерживающих функциональность оборудования. Она же способствует и перегрузкам электроподстанций, увеличению сечений передающих линий, снижению сетевого напряжения, так как все сети нагружаются полной мощностью без учета, что ее реактивная составляющая не выполняет полезной работы.

Реактивная мощность может и должна компенсироваться, за счет чего повышается эффективность работы сетей и улучшается качество транспортируемой энергии.

Зачем отключать приборы от сети?

Если потребление энергии бытовыми приборами мизерное, то зачем тратить время на их отключение? О раздражающих лампочках я уже говорил и это для меня первая причина доставать из розетки все, что светится. Вторая причина — электромагнитное излучение, вокруг которого так много спекуляций и мифов. «Шапочку из фольги» надевать не стоит, но если без фанатизма просто отключать приборы от сети, когда они не нужны, вы хотя-бы можете с чистой совестью сказать — сделал все, что мог. Третья причина заключается в том, что зарядные устройства и блоки питания горят гораздо чаще, если позволять им висеть в розетках.

Маленький экомульт от Animal Planet в тему о раздражающих светодиодах и излучении:

Заключение

Подведем итоги, перечислив основные тезисы о компенсации реактивной энергии:

Назначение – разгрузка линий электропередач и электрических сетей предприятий. В состав устройства могут входить антирезонансные дроссели для уменьшения уровня гармоник в сети.
За неё не уплачивают счета частные лица, но платят предприятия.
В состав компенсатора входят батареи конденсаторов или в этих же целях используют синхронные машины.

Также рекомендуем просмотреть полезные видео по теме статьи:

Материалы по теме:

Причины потерь электроэнергии на больших расстояниях
Как определить потребляемую мощность
Беспроводная передача электроэнергии на расстояния

Заключение

Подведем итоги, перечислив основные тезисы о компенсации реактивной энергии:

Назначение – разгрузка линий электропередач и электрических сетей предприятий. В состав устройства могут входить антирезонансные дроссели для уменьшения уровня гармоник в сети.
За неё не уплачивают счета частные лица, но платят предприятия.
В состав компенсатора входят батареи конденсаторов или в этих же целях используют синхронные машины.

Также рекомендуем просмотреть полезные видео по теме статьи:

Материалы по теме:

Причины потерь электроэнергии на больших расстояниях
Как определить потребляемую мощность
Беспроводная передача электроэнергии на расстояния