+7 (495) 981-9839
+7 (495) 642-5882

Rus Eng
Заказ обратного звонка
заказать звонок тел.: +7 (495) 981-9839
+7 (495) 642-5882
+7 (498) 653-4068
sales@khomovelectro.ru
Отправить заявку
Компания «Хомов электро» — завод-изготовитель, имея многолетний опыт работы на рынке электротехнического оборудования по производству конденсаторных установок и налаженные прямые поставки комплектующих высокого качества для компенсации реактивной мощности от мировых производителей, — признанных лидеров в своих отраслях бизнеса, готова оперативно и качественно выполнить ваш заказ на изготовление и поставку оборудования в срок.
большой опыт работы
качество продукции
оперативность выполнения
индивидуальный подход

Компенсация реактивной мощности и треугольник мощностей, теория и практика


	
		
			

Особенности индуктивных нагрузок

Большинство нагрузок в современных системах электроснабжения имеют индуктивный характер. К ним, например, относятся электродвигатели, трансформаторы, балласты люминесцентных ламп, индукционные печи. Для нормальной работы подобных нагрузок в них требуется создать магнитное поле.

Индуктивные нагрузки требуют наличия двух составляющих тока:

  • Активной составляющей, за счет которой происходит нагрев, получение света, механическое движение, полезная работа и т.п.;
  • Реактивной составляющей, необходимой для получения и поддержания магнитного поля.

Активная составляющая тока отвечает за потребление активной мощности, которая может быть измерена с помощью ваттметра. Она измеряется в ваттах (Вт) и киловаттах (кВт). Реактивная мощность не совершает никакой полезной работы, но циркулирует между генератором и нагрузкой. При этом она увеличивает нагрузку на источники питания и распредсистему. Реактивная мощность измеряется в вольт-амперах-реактивных (вар).

Вместе активная и реактивная мощность образуют полную или кажущуюся мощность. Она измеряется в киловольт-амперах (кВА).

Рис. 1. Активная мощность

Рис. 2.Реактивная мощность

Понятие коэффициента мощности (косинуса фи)

Под коэффициентом мощности понимают отношение активной мощности к полной. Этот коэффициент характеризует, насколько эффективно используется электроэнергия. Высокие значения коэффициента мощности соответствуют эффективному использованию электроэнергии, а низкие – напротив, неэффективному.

Для определение коэффициента мощности (PF) следует разделить активную мощность (в кВт) на полную (кВА). Для линейных систем с синусоидальными токами коэффициент мощности численно равен cos ?:

PF = кВт/кВА = cos ?

Например, для токарно-карусельного станка, работающего с полезной мощностью 100 кВт и полной мощностью 125 кВА, коэффициент мощности составит 100/125 = 0,8.

Рис. 3. Полная мощность

Рис. 4. Треугольник мощностей

Примечание: показанный на рис.4 треугольник мощностей используется для иллюстрации соотношений между активной, реактивной и полной мощностями.

Должен ли нас волновать низкий коэффициент мощности PF (косинус фи - cos ?)?

Низкий cos ? означает, что вы не полностью используете оплачиваемую вами электроэнергию.

Из показанных на рис.5 соотношений можно видеть, что полная мощность уменьшается с ростом коэффициента мощности. При коэффициенте мощности, равном 70%, для получения 100 кВт требуется 142 кВА. При коэффициенте мощности, равном 95%, для получения 100 кВт требуется только 105 кВА. Если посмотреть на все это с точки зрения величины тока, получается, что при коэффициенте мощности 70% требуется на 35% больший ток для совершения той же самой полезной работы.

Рис. 5. Типичные треугольники мощностей

Что можно сделать для повышения косинуса фи (коэффициента мощности)?

Коэффициент мощности можно повысить путем установки компенсирующих конденсаторов в распредсистеме предприятия

Если полная мощность (кВА) больше, чем полезная мощность (кВт), через энергосистему протекает сумма активного и реактивного токов. Силовые конденсаторы являются своего рода генератором реактивной мощности (см. рис. 6). Выдавая реактивный ток, они снижают общий ток, протекающий от энергосистемы к нагрузкам.

Наиболее выгодным является коэффициент мощности 95%

Теоретически конденсаторы могут выдать 100% требуемой реактивной мощности. Однако наиболее выгодным является поддержание коэффициента мощности на уровне 95%.

На рис.7 показано потребление полной мощности в системе до и после установки конденсаторов. Установка конденсаторов и увеличение коэффициента мощности до 95% обеспечивает снижение полной мощности со 142 кВА до 105 кВА, т.е. снижение составляет 35%.

Рис.6. Конденсаторы как генераторы реактивной мощности

Рис.7. Требуемая полная мощность до и после компенсации

Компенсация реактивной мощности: руководство для главного энергетика

Какова будет экономия при установке компенсирующих конденсаторов

Силовые конденсаторы дают множество преимуществ:

  • снижение расходов на электроэнергию;
  • снижение требований к мощности системы;
  • улучшение стабильности напряжения;
  • снижение потерь.

Снижение расходов на оплату электроэнергии

Ваша энергоснабжающая организация поставляет как активную (кВт), так и реактивную мощность (квар). Хотя реактивная мощность и не регистрируется счетчиками электроэнергии (считающими киловатт- часы), распределительная сеть должна быть достаточно мощной, чтобы обеспечить необходимую полную мощность. Поэтому у энергоснабжающих компаний есть масса способов заставить потребителей компенсировать их расходы на более мощные генераторы, трансформаторы, кабели, выключатели и т.п.

Как показано в случае ниже, конденсаторы могут сэкономить ваши деньги вне зависимости от того, как именно происходит начисление платы за электроэнергию.

Начисление за полную мощность (кВА)

Энергоснабжающая организация измеряет и тарифицирует каждый ампер потребляемого тока, включая реактивную составляющую.

Начисление за кВт с учетом коэффициента мощности

Энергоснабжающая организация начисляет плату в соответствии с потребляемой активной энергией и добавляет пени при низком коэффициенте мощности. Также может использоваться поправочный коэффициент, на который умножается величина активной энергии. Следующая формула иллюстрирует начисление, при котором "отправной точкой" является коэффициент мощности, равный 90%:

Потребление в кВт х 0,90

фактический коэффициент мощности

Если коэффициент мощности равен 0,84, поставщик электроэнергии увеличит плату на % в соответствии с формулой:

кВт х 0,90 / 0,84 = 107 (множитель)

Некоторые энергоснабжающие организации требуют дополнительную плату за низкий коэффициент мощности, но предоставляют вычеты или бонусы за потребление свыше определенного уровня.

Начисление за реактивную мощность

Энергоснабжающая организация напрямую взимает плату за реактивную мощность, которая обычно составляет определенную долю от активной мощности (кВт). Например, если эта плата составляет 1 рубль за каждый квар для всего, что находится сверх 50% активной мощности. Иными словами, если имеется нагрузка 400 кВт, энергоснабжающая организация предоставит 200 квар бесплатно.

Увеличение пропускной способности системы при компенсации реактивной мощности

Применение конденсаторов для компенсации реактивной мощности увеличивает пропускную способность системы по току. Повышение коэффициента мощности снижает количество квар на кВт полезной нагрузки. Таким образом, используя конденсаторы можно увеличить полезную нагрузку при сохранении величины полной мощности (кВА).

Рис.8. Увеличение пропускной способности трансформатора при компенсации

Компенсация реактивной мощности позволяет увеличить нагрузочную способность трансформатора

Предприятие имеет трансформатор мощностью 500 кВА, работающий почти на номинальной мощности. Он потребляет 480 кВА или 578 А при 400 В. Существующий коэффициент мощности – 75%, соответственно доступная активная мощность составляет 360 кВт.

Желательно увеличить производительность на 25%, т.е. необходимо получить 450 кВт. Как этого добиться? Самый простой выход – установить новый трансформатор. Для получения 450 кВт потребуется трансформатор мощностью 600 кВА при работе с коэффициентом мощности 75%. При этом, скорее всего, понадобится следующий стандартный типоразмер трансформатора (750 кВА).

Возможно, лучшим решением будет повысить коэффициент мощности, чтобы трансформатор смог работать с дополнительной нагрузкой. Для повышения коэффициента мощности с 75 до 95% при нагрузке в 450 кВт потребуется конденсатор с мощностью 450 х 0,553 = 248,8 квар.

Аналогичный принцип используется при необходимости снизить ток, протекающий через перегруженное оборудование. Повышение коэффициента мощности с 75 до 95% при той же активной мощности приводит к снижению тока на 21%. Если посмотреть по другому, при работе с коэффициентом мощности 75% ток возрастает на 26,7%, а при 65% - на 46,2%.

Отрасли промышленности с низким коэффициентом мощности, в которых выгодно использовать конденсаторы

Низкий косинус фи является следствием того, что множество двигателей работают с нагрузкой ниже номинальной. Такое часто происходит в циклических технологических процессах, например, при использовании циркулярных пил, шаровых мельниц, конвейеров, компрессоров, шлифовальных станков, прессов и т.п. Для подобных механизмов двигатели обычно выбираются, исходя из максимально возможной нагрузки. Примерами механизмов, работающих с низким коэффициентом мощности (от 30 до 50%), можно считать токарный станок, работающий в режиме неглубокого реза, ненагруженный компрессор, циркулярную пилу в отсутствии заготовки.

С низким коэффициентом мощности обычно работают предприятия в следующих отраслях:

Отрасли с низким коэффициентом мощности

Отрасль Нескомпенсированный коэффициент мощности
Лесопильни 45-65%
Производство пластмасс (особенно экструдеры) 55-70%
Металлообрабатывающие станки, прессы 60-70%
Гальванопокрытия, текстиль, химическая промышленность, пивоварни 65-75%
Больницы, склады, литейное производство 70-80%

Включайте конденсаторы КРМ в новые проекты и проекты расширения производства

Включение конденсаторов в новые проекты и проекты модернизации производства позволяет уменьшить типоразмеры трансформаторов, шин, выключателей и т.п., что ведет к прямой экономии.

На рис. 9 показано, как высвобождается полная мощность системы (кВА) при увеличении коэффициента мощности. Увеличение коэффициента мощности с 70 до 90% высвобождает 0,32 кВА на кВт. При нагрузке 400 кВт высвобождается 128 кВт.

Повышение стабильности напряжения

Пониженное из-за больших потребляемых токов напряжение приводит к затрудненному пуску двигателей и их перегреву. По мере снижения коэффициента мощности растет общий ток в линии, что приводит к увеличению падения напряжения. Установка конденсаторов и конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности и снижение просадок позволяют добиться более эффективной работы двигателей и продлить их срок службы.

Снижение потерь

Потери из-за низкого коэффициента мощности связаны с реактивным током, протекающим в системе. Эти потери связаны с выделением тепла и могут быть устранены за счет коррекции коэффициента мощности. Мощность потерь (в ваттах) в распредсистеме рассчитывается как произведение квадрата тока на активное сопротивление контура (I2R). Рассчитать снижение потерь можно по формуле:

Снижение потерь (%) = 100 – 100 х (начальный коэф. мощности/конечный коэф. мощности)2

Рис.9. Высвобождение полной мощности при коррекции коэффициента мощности

Как правильно выбрать конденсаторы для конкретного случая?

Если сделан вывод о целесообразности компенсации реактивной мощности на том или ином объекте, понадобится выбрать оптимальный типоразмер и количество конденсаторов.

Существует два основных способа установки конденсаторов: "индивидуальный" (когда отдельные конденсаторы устанавливаются непосредственно у нагрузок, обычно линейных) и "групповой" (когда батарея с фиксированной или регулируемой емкостью устанавливается на присоединении или на подстанции).

Сравнение индивидуальной и групповой компенсации

Преимущества установки индивидуальных конденсаторов рядом с нагрузками:

  • Предсказуемость; конденсаторы не могут создать проблемы в сети при работе без нагрузки;
  • Не требуются отдельные выключатели; двигатель всегда включается вместе с относящимся к нему конденсатором;
  • Оптимизация режимов работы двигателей за счет более эффективного использования электроэнергии и снижения просадок напряжения;
  • Двигатели можно переставлять вместе с относящимися к ним конденсаторами;
  • Проще выбрать конденсатор для конкретной нагрузки;
  • Снижение потерь в линии;
  • Повышение пропускной способности системы.

Преимущества установки конденсаторных батарей на присоединении или на подстанции:

  • Ниже цена за квар;
  • Повышение коэффициента мощности всего предприятия, что снижает или исключает любые санкции за низкий коэффициент мощности;
  • Автоматическое переключение конденсаторов обеспечивает получение строго необходимой реактивной мощности, что исключает перекомпенсацию и связанные с ней перенапряжения.

Преимущества и недостатки индивидуальной и групповой (с нерегулируемыми и автоматически регулируемыми батареями) компенсации

Метод Преимущества Недостатки
Индивидуальные конденсаторы Наиболее эффективный метод, наибольшая гибкость Большая стоимость установки и обслуживания
Нерегулируемая батарея Наиболее экономичное решение, требуется меньше точек установки Менее гибкое решение, требуются выключатели и/или контакторы
Автоматически регулируемая батарея Наилучшее решение при меняющихся нагрузках, исключаются перенапряжения, низкая стоимость установки Выше стоимость оборудования
Комбинированный Наиболее подходящее решение при большом количестве двигателей Менее гибкое решение

Изучение особенностей объекта

Для выбора оптимального решения необходимо взвесить достоинства и недостатки каждого из возможных способов компенсации. При этом следует учитывать "переменные объекта", такие как тип нагрузок, их мощность, постоянство нагрузки, нагрузочная способность сети, способы пуска двигателей и способ начисления платы за электроэнергию.

Тип нагрузок

Если на предприятии установлено много крупных двигателей с мощностью 35 кВт и более, обычно целесообразно устанавливать на каждый двигатель свой конденсатор и включать его одновременно с относящимся к нему конденсатором. Если на предприятии используется много мелких двигателей, от 0,5 до 18 кВт, можно сгруппировать эти двигатели и установить один конденсатор в центральной точке системы. Часто наилучшим решением для предприятий с множеством двигателей разных мощностей оказывается комбинирование обоих типов компенсации.

Мощность нагрузки

Для предприятий с мощными нагрузками может оказаться выгодным комбинирование индивидуальной и групповой компенсации с нерегулируемыми или автоматическими конденсаторными батареями. С другой стороны, для небольшого объекта может оказаться достаточно одного единственного конденсатора в распределительном щите.

Иногда на предприятии обнаруживается изолированный "проблемный участок", в котором требуется коррекция. Такая ситуация может возникнуть, если на предприятии используются сварочные аппараты, индукционные нагреватели или приводы постоянного тока. В этом случае, если скомпенсировать реактивную мощность на конкретном фидере, питающем нагрузку с низким коэффициентом мощности, это повысит коэффициент мощности всего предприятия, и дополнительные конденсаторы будут не нужны.

Постоянство нагрузки

Если предприятие работает круглосуточно и потребляет постоянную мощность, использование нерегулируемых конденсаторов наиболее экономично. Если нагрузка "привязана" к восьмичасовому рабочему дню и потребляется пять дней в неделю, удобно использовать конденсаторные батареи, отключаемые в периоды с меньшей нагрузкой.

Нагрузочная способность

Если фидеры или трансформаторы перегружены, или требуется увеличить нагрузку и без того нагруженных линий, компенсацию реактивной мощности необходимо производить непосредственно на нагрузке. Если распредсистема имеет запас по току, конденсаторы можно устанавливать на главных фидерах. Если нагрузка сильно меняется, разумно использовать регулируемую батарею с автоматическим переключением ступеней.

Способ начисления платы за электроэнергию

Размеры тарифов и штрафы за низкий коэффициент мощности могут существенно влиять на экономический эффект от компенсации и срок окупаемости. Во многих отраслях оптимально подобранное оборудование для коррекции коэффициента мощности окупается менее чем за два года.

Сколько квар необходимо?

Единицей измерения мощности конденсаторов для компенсации реактивной мощности является квар, равный 1000 вар (вольт-ампер-реактивный). Количество квар характеризует, какую реактивную мощность выдаст конденсатор.

Выбор типоразмера конденсаторов для индивидуальной компенсации

Для выбора конденсаторов для индивидуальной компенсации моторных нагрузок следует обратиться к таблице 3. При этом необходимо использовать данные с заводской таблички двигателя - номинальную скорость и мощность. В таблице приведены мощности конденсаторов (квар), необходимые для доведения коэффициента мощности до 95%. В таблицах также приведено, насколько снизится ток после установки конденсаторов.

Выбор типоразмера конденсаторов для компенсации всего предприятия

Если известно, какую активную мощность (кВт) потребляет предприятие, его существующий коэффициент мощности и желаемый коэффициент мощности.

143405, Московская область, г. Красногорск, ул. Ильинский тупик, д.6, Бизнес-центр "Березовая роща", офис 5.
Тел.: +7 (495) 981-98-39, +7 (495) 642-58-82, +7 (498) 653-40-68, факс:+7 (498) 653-40-69.
E-mail: sales@khomovelectro.ru. Время работы: с 8:00 до 17:00. © 2017 «Хомов электро»