Компенсация реактивной мощности

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение 3

1 Основные потребители реактивной мощности на предприятии 5

2 Необходимость компенсации реактивной мощности 6

3 Компенсация реактивной мощности 8

3.1 Виды компенсации реактивной мощности 9

3.2 Основные компенсирующие устройства, используемые

в сетях промышленных предприятий, их достоинства и

недостатки 9

3.3 Вопросы размещения и регулирования компенсирующих

устройств 12

4 Экономический эффект от внедрения установки компенсации

реактивной мощности 14

5 Типовые мероприятия 17

Выводы 19

Заключение 20

Библиографический список 21

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Проблема компенсации  реактивной мощности (КРМ) возникла одновременно с практическим использованием переменного тока, поскольку передача необходимой для работы электроустановок реактивной мощности (РМ) является одной из основных составляющих технологических потерь электроэнергии в сетях электроснабжения. Сегодня, с учетом собственного электропотребления энергосистемы, примерно шестая часть производимой электроэнергии не доходит до потребителя. Значительная часть потерь активной энергии обусловлена сетевыми перетоками РМ, а их снижения можно достигнуть за счет увеличения степени компенсации РМ, потребление которой определяется двумя составляющими:

а) потерями в трансформаторах  и линиях электрических сетей;

б) реактивной нагрузкой  потребителей.

Рациональная (оптимальная) КРМ в электросетях промышленных предприятий охватывает комплекс вопросов, направленных на повышение экономичности работы электроустановок, включает в себя методы выбора и расчета компенсирующих устройств; места их установки; рациональной и безопасной эксплуатации; защиты от аварийных режимов; автоматического регулирования РМ в сети. Поэтому обеспечение норм качества и снижение потерь электроэнергии в значительной степени определяется наличием и конструктивным построением устройства КРМ.

Таким образом, актуальность рассматриваемой темы определяется вопросами энергосбережения – уменьшением потерь и обеспечением норм качества электроэнергии в сетях промышленных предприятий.

Целью настоящей работы является анализ компенсирующих устройств в сетях промышленных предприятий и разработка рекомендаций по повышению эффективности использования и выбору компенсирующих устройств.

Задачи:

1. Провести систематизацию знаний о компенсации реактивной мощности, применяемой в сетях промышленных предприятий.
2. Оценить необходимость применения компенсации реактивной мощности на предприятии.
3. Проанализировать достоинства и недостатки, используемых компенсирующих устройств.
4. Выявить наиболее эффективное средство компенсации реактивной мощности.
5. Рассмотреть вопросы размещения и регулирования устройств компенсации.
6. Провести анализ экономической эффективности использования средств компенсации на предприятии.
7. Сделать выводы по проделанной работе.

Методы исследования: математическое моделирование, метод сравнения, математический анализ.

Объект исследования: сети промышленных предприятий.

Предмет исследования: компенсация реактивной мощности на предприятии.

Практическая  значимость и реализация исследования: данная работа может использоваться предприятием, как некий путеводитель, в условиях выбора средств компенсации

Личный вклад  автора: систематизация данных для доступного донесения, построение диаграмм, расчет задачи. 

1 ОСНОВНЫЕ ПОТРЕБИТЕЛИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИХ

 

Прежде, чем переходить к решению поставленных задач. Необходимо задуматься о том, какие электроприемники являются потребителями РМ на промышленном предприятии.

Потребителями реактивной мощности, необходимой для создания магнитных полей, являются как отдельные звенья электропередачи (трансформаторы, линии, реакторы), так и такие электроприемники, преобразующие электроэнергию в другой вид энергии, которые по принципу своего действия используют магнитное поле (асинхронные двигатели, индукционные печи и т.п.). До 80-85% всей реактивной мощности, связанной с образованием магнитных полей, потребляют асинхронные двигатели и трансформаторы. Относительно небольшая часть в общем балансе реактивной мощности приходится на долю прочих её потребителей, например на индукционные печи, сварочные трансформаторы, преобразовательные установки, люминесцентное освещение и т.п.

Для основных потребителей реактивной мощности удельное потребление, квар/100 кВт, изменяется при номинальной нагрузке в следующих пределах: силовые трансформаторы (с учетом многократной трансформации) 15 – 20,  асинхронные двигатели 40 – 120, дуговые электропечи 45 – 100, индукционные печи 100 – 2000, сварочные трансформаторы 130 – 200, газоразрядные лампы 140 – 170.

 

 

2 НЕОБХОДИМОСТЬ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

 

Рассмотрев потребителей РМ на предприятии, переходим к решению  первоначальных задач.

Так как первая, поставленная задача была решена сразу в результате написания работы, решаем задачу вторую – оцениваем необходимость применения компенсации реактивной мощности на предприятии.

Перед потребителями электроэнергии, как небольшими компаниями, так и крупными промышленными предприятиями, остро стоит проблема выживания в конкурентной борьбе.

Руководитель предприятия  встает перед вопросом: «Как преуспеть  на рынке? Каким образом и с  применением каких маркетинговых и инновационных (технических) идей 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, и в частности электроэнергии, составляет порядка 30 – 40 % от стоимости  продукции. Это достаточно веский аргумент, чтобы руководителю со всей серьезностью подойти к анализу и аудиту энергопотребления и выработке методики энергосбережения.

Повышенная потребляемая из сети реактивная мощности и снижение качества напряжения влекут за собой дополнительные расходы компании на оплату электроэнергии и ремонт оборудования, выходящего из строя из-за ее низкого качества.

Вследствие ухудшения  качества электрической энергии, коэффициент мощности потребителя снижается, из-за чего значительно увеличиваются затраты предприятия.

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

Рассмотрим небольшой  пример для доказательства необходимости  применения компенсирующих устройств.

При эксплуатации двигателя  с активной мощностью P=100 кВт при cos(φ₁)=0,7, потребляемая из сети полная мощность:

 кВ·А

 

Рисунок 3 – Треугольник мощностей до и после компенсации

 

После установки конденсаторной установки с номинальной реактивной мощностью Q=67 квар, коэффициент мощности становится cos(φ₂)=0,95. Потребляемая из сети полная мощность снижается:

 кВ·А

Соответственно реактивная мощность:

– до компенсации

 квар

– после компенсации

 квар

Судя по результатам применение средства КРМ позволяет увеличить значение коэффициента мощности, и как следствие существенно снижает значение реактивной мощности. Значит можно сделать вывод, что компенсация реактивной мощности в сетях промышленных предприятий действительно необходима.

 

3 КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ  МОЩНОСТИ

 

Выявив основных потребителей РМ на производстве и оценив необходимость применения КРМ, рассмотрим используемые устройства КРМ, но прежде выделим некоторые виды компенсации.

3.1 Виды компенсации реактивной мощности

В качестве решений применяются естественная и искусственная КРМ.

Естественная компенсация достигается путем проведения мероприятий по оптимизации технологического процесса на предприятии.

Искусственная (поперечная) компенсация реактивной мощности создается за счет компенсирующих устройств – источников емкостной реактивной энергии (так как нагрузка носит преимущественно индуктивный характер).

Кроме того можно выделить следующие виды КРМ:

1) Статическая компенсация. Применяется для электрооборудования с медленно изменяющимся характером нагрузки при времени реакции, превышающем 60 с.

2) Динамическая компенсация. Применяется для быстро изменяющихся нагрузок при времени реакции от 2 до 60 с, например: сварочные аппараты, лифты, подъемные краны.

3) Следящая компенсация. Применяется при нагрузках, изменяющихся в течение периодов колебаний электрической сети.

4) Пошагово- следящая компенсация .Это редко используемая компенсация, которая осуществляется с помощью насыщенного реактора и дополнительного тока управления.

Переходим к решению третьей  поставленной задаче: анализируем достоинства и недостатки, используемых компенсирующих устройств.

3.2 Основные компенсирующие устройства, используемые в сетях

промышленных  предприятий, их достоинства и недостатки

К основным компенсирующим устройствам относятся: синхронные дви-

гатели, синхронные компенсаторы, статические источники и батареи конденсаторов.

Синхронные  двигатели имеют по сравнению с асинхронными большое преимущество, заключающееся в том, что благодаря возбуждению постоянным током они могут работать с cos φ = 1 и не потребляют при этом реактивной мощности из сети, а при работе с перевозбуждением даже отдают реактивную мощность в сеть.

Достоинствами применения синхронных двигателей являются: сохранение синхронным двигателем большой нагрузочной способности при понижении напряжения; возможность увеличения тока возбуждения синхронных двигателей позволяет увеличивать их надежность работы при аварийных понижениях напряжения в сети и улучшать в этих случаях условия работы энергосистемы в целом; добавочные потери в стали и в клетке ротора синхронных двигателей меньше, чем асинхронных, благодаря чему к. п. д. обычно выше (из-за большей величины воздушного зазора).

Недостатком синхронных двигателей является довольно сложная конструкция, из-за чего их стоимость гораздо больше, чем стоимость асинхронного двигателя.

Синхронные  компенсаторы являются разновидностью синхронных двигателей и представляют собой синхронный двигатель облегчённой конструкции без нагрузки на валу. Основной их недостаток состоит в том, что они используются лишь для улучшения показателей качества напряжения у мощных электроприемников с резкопеременной ударной нагрузкой (дуговые печи, прокатные станы и т.п.).

В сетях с резкопеременной  ударной нагрузкой на напряжении 6-10 кВ рекомендуется применение специальных быстродействующих статических источников реактивной мощности, которые должны устанавливаться вблизи таких электроприемников.

Достоинствами статических  источников реактивной мощности является отсутствие вращающихся частей; относительная  плавность регулирования реактивной мощности, выдаваемой в сеть; возможность трёх- и четырёхкратной перегрузки по реактивной мощности. К недостаткам относится появление высших гармоник, которые могут возникнуть при глубоком регулировании реактивной мощности;

Наиболее экономичным  средством для компенсации реактивной мощности являются конденсаторные батареи. Это объясняется их преимуществами перед другими средствами компенсации реактивной мощности, а именно: возможность применения как на низком, так и на высоком напряжении; малые потери активной мощности (0,0025–0,005 кВт/квар); наименьшая удельная стоимость (за 1 квар) по сравнению с другими компенсирующими устройствами; простота эксплуатации (ввиду отсутствия вращающихся и трущихся частей); простота производства монтажа (малая масса, отсутствие фундамента); для установки конденсаторов может быть использовано любое сухое помещение.

Недостатки батареи конденсаторов (БК): зависимость генерируемой РМ от напряжения; недостаточная прочность, особенно при КЗ и перенапряжениях; перегрев при повышении напряжения и наличия в сети высших гармоник, ведущих к повреждению конденсаторов; сложность регулирования РМ.