Устройства компенсации реактивной мощности
19.06.2010

Устройства компенсации реактивной мощности (УКРМ) Конденсаторы косинусные 0,4 кВ
 

( самые необходимые, начальные сведения для энергетиков)  

 

Введение
 

В этом обзоре даны самые необходимые, начальные сведения о реактивной мощности, устройствах для ее компенсации ( в сетях 0,4-6-10 кВ), а также рекомендации по их выбору, монтажу и обслуживанию. 

Сведения об устройствах для быстрого и непрерывного регулирования реактивной мощности, активных фильтрах , а также конденсаторных батареях высокого напряжения (БСК) будут даны отдельно.


Основные формулы

 

1. Активная мощность:    P = √3 х U x I x cosφ [ Вт ]

 


2. Реактивная мощность:   Q = √ 3 х U х I х sinφ [ВAр]

 


3. Полная мощность: S = √3 x U х I [ВА]

 


4. Коэффициент мощности: k = P / S

 


5. Необходимая мощность конденсатора (батареи) для компенсации реактивной мощности: Qк = P х (tgφ 1 - tgφ2) 


Здесь tgφ1 - текущий тангенс в сети; tgφ2 - тангенс, заданный энергоснабжающей компанией.

 


6. Конденсатор в трехфазной сети – соединение в «треугольник»:  Q треугольник = 3 х (UФ )2 х ω х C 

 


7. Конденсатор в трехфазной сети – соединение в «звезду»:  Q звезда = 3 х (Uл )2 х ω х C 


Здесь UФ и Uл - фазное и линейные напряжения сети соответственно,


ω= 2 х π х f, где f – частота сети, UФ = Uл / √3 .  


Основные компоненты УКРМ

 

1. Конденсаторы косинусные.

2. Контроллеры (регуляторы).

3. Устройства коммутации ( контакторы).

4. Предохранители.

5. Разъединители.

6. Шинные мосты.

7. Дроссели компенсационные.

8. Дроссели фильтрующие.

9. Реакторы демпфирующие.

10. Устройства измерения, индикации и защиты.

11. Оболочки устройств ( шкафы и климат-системы).

 

Основные производители компонентов, представленные на российском рынке -  «Производители компонентов» на сайте.

Расчет и выбор УКРМ
 

Расчет УКРМ зависит от типа компенсации. Есть три основных типа:
 

- индивидуальная (местная) компенсация;

- групповая компенсация;

- центральная компенсация.
 

При местной компенсации конденсатор ( батарея конденсаторов) подключается прямо к потребителю.

Групповая и центральная компенсация применяется в разветвленных электросетях с переменной нагрузкой.

Здесь нет необходимости в примерах технико-экономического расчета; подробно можно узнать, например:   

www.joule.ru

www.dodeca.ru

     Однако есть некоторые важные моменты расчета и выбора УКРМ, которые следует знать:
 

1. До начала расчета УКРМ необходимо обязательно сделать характерный суточный график нагрузки электросети предприятия.

Снимается суточный график обязательно с учетом работы всех потребителей на предприятии, без исключения, с обязательным измерением уровня гармоник в сети.


2. Проведение измерений, расчет мощности и выбор УКРМ должна делать одна специализированная организация.


3. Обязательно нужен проект, особенно при выборе установок на высокой стороне – 6-10 кВ.


4. Все расчеты, сделанные без учета суточного графика нагрузки, являются ориентировочными.


5. УКРМ следует выбирать и приобретать только у производителей.


6. Монтаж и наладку УКРМ желательно поручить или производителю, или специализированной организации.

 

Пренебрежение указанными особенностями расчета и выбора УКРМ может привести к тяжелым последствиям.

 

Пример№1: На одном небольшом предприятии Нечерноземья была установлена УКРМ типа УКМ58-0,4-250 -50 У3.

Произошла авария, в результате чего установка сгорела. Комиссия с участием представителей Энергонадзора выяснила, что:


1. Расчет УКРМ был сделан энергослужбой предприятия неправильно.


2. Проекта не было, присоединение к секции было выполнено неверно, с грубейшими нарушениями ПУЭ.


3. Обследование электросети не проводилось.


4. Уровень гармоник в сети превышал все мыслимые пределы, а защита у контроллера была службой эксплуатации отключена.

 

Пример№2: На одном из предприятий г.Самара была закуплена и установлена на основании только технико-экономических расчетов УКРМ мощностью 100 кВАр.

И только после ее запуска сделали обследование электросети и выяснилось, что нужна установка мощностью 300 кВАр…

Кроме того, вдруг «обнаружили» конденсаторную батарею выпуска 50г.г(!), подлежащую безусловной утилизации, подключенную для местной компенсации импортного оборудования, которое по этой причине практически постоянно было в ремонте…Для примера: специализированной организацией проводилось обследование электрических сетей на горнолыжном комплексе Красная Поляна ( Сочи) ( ЛЭП и 5 п/с 6/0,4 кВ с трансформаторами ТМГ-630) для последующей установки фильтркомпенсирующих устройств (ФКУ). Итоговый отчет составлял почти 50(!) страниц ( без приложений!). Это пример добросовестного отношения к выбору УКРМ.  


Конструкция, монтаж и обслуживание УКРМ
 

Рассматриваемые УКРМ можно разделить:

 

1. По классу напряжения – 0,4 кВ, 6-10кВ.

2. По уровню автоматизации – автоматические/ нерегулируемые (с ручным регулированием)

3. По климатическому исполнению.

4. По категории размещения.

 

     Условное обозначение УКРМ, его структура, определяются теперь каждым производителем исходя из местных ТУ на УКРМ. Как следствие, на российском рынке появилось множество разных обозначений одних и тех же УКРМ, зачастую собранных по одним схемам и на одинаковых компонентах. Поэтому здесь обозначение УКРМ не рассматривается, но при запросе информации на конкретную установку необходимо обязательно запросить структуру ее условного обозначения и подробные технические характеристики.

 

Помните, что при одинаковом классе напряжения и уровне автоматизации УКРМ следует обратить внимание :

 

1. Климатическое исполнение и категория размещения.Особенно это касается конденсаторных установок напряжением 6-10 кВ. Установки исполнения У1 и УХЛ1 выпускаются двух типов: в модулях или открытого исполнения.УКРМ открытого исполнения на 15-20% дешевле модульных. Модульные легче обслуживать и ремонтировать. Однако при использовании современных, качественных компонентов необходимости в постоянном обслуживании УКРМ нет. К тому же современные УКРМ открытого исполнения по габаритам в 2,5-3 раза меньше модульных и выпускаются в антивандальном исполнении.

 

2. Качество основных используемых компонентов: конденсаторов, контакторов, предохранителей и контроллера.В УКРМ должны использоваться только компоненты известных производителей с хорошей статистикой отказов. Хорошо, если производитель УКРМ является одновременно и производителем конденсаторов либо его дилером (см. ссылки на производителей компонентов).

 

3. Точное соответствие выбранной УКРМ и места ее размещения проектному решению.

 

4. Монтаж и наладку УКРМ желательно поручить специализированной организации.

 

5. Обслуживание УКРМ имеет свои особенности; его необходимо проводить только специально обученным персоналом, при точном соблюдении ПТБ и Руководства по эксплуатации УКРМ.

 

ВАЖНО! 

 

Что нужно знать об основных компонентах УКРМ:

 

Конденсаторы до 1000В 

 

1. Конденсаторы всех известных, мировых производителей, как правило, имеют похожую конструкцию, в основе которой:
 

- одностороннеметаллизированная полипропиленовая пленка – «сухое» исполнение.

- двухстороннеметаллизированная бумага – электроды, диэлектрик – полипропиленовая пленка, все пропитано минеральным маслом – исполнение с импрегнантом.

-вариант «сухого» исполнения – заполнение конденсатора инертным газом.

 

2. По своим техническим характеристикам конденсаторы должны соответствовать ГОСТ27390-87 «Конденсаторы самовосстанавливающиеся для повышения коэффициента мощности» и ГОСТ1282-88 «Конденсаторы для повышения коэффициента мощности».

 

3. Монтажное положение: сухих конденсаторов – любое, с импрегнантом – вертикальное.

 

4. Конденсаторы с импрегнантом – минеральное масло - подходят для более высокой нагрузки и более высокой температуры окружающей среды.

 

5. Конденсаторы выпускаются, как правило, в трехфазном исполнении, соединение – «треугольник».

 

6. Конденсаторы должны иметь минимум 2 уровня безопасности: самовосстановление и отключение при превышении давления.

 

7. Конденсаторы выпускаются, как правило, с комплектом разрядных резисторов.

 

8. Предполагаемая долговечность – не менее 100 000 часов.

 

Конденсаторы выше 1000 В 

 

1. Конструкции конденсаторов мировых производителей, как правило, не имеют принципиальных различий:

 

- диэлектрик – полипропиленовая фольга;

- импрегнант – биологически утилизируемый, с хорошими электрическими свойствами;

- емкость конденсатора набирается из отдельных секций;

- каждая секция защищена внутренним предохранителем;

- конденсатор имеет встроенные разрядные резисторы.

 

2. По своим техническим характеристикам конденсаторы должны соответствовать ГОСТ1282-88 «Конденсаторы для повышения коэффициента мощности» и ТУ производителя на конкретные модели.

3. Конденсаторы выпускаются в трехфазном и однофазном исполнении.

4. Однофазные конденсаторы выпускаются с одним или с двумя выводами на корпусе.

5. Трехфазные и однофазные элементы находятся в полностью изолированных корпусах.

6. Для конденсаторов наружного исполнения корпус делается из нержавеющей стали.

7. Дополнительно может быть установлен датчик давления.

 

Контакторы до 1000В 

 

1. Для коммутации в УКРМ низкого напряжения применяются контакторы с дополнительными контактами («предконтакты»).

То есть сначала включаются «предконтакты» с токоограничивающими резисторами, а затем основные, «рабочие» контакты.

Отключение происходит в обратной последовательности.

 

2. Применение дополнительной контактной группы подавляет токовые выбросы при включении примерно в 7 раз.

 

3. Мощность типовых контакторов - не более 100 кВАр.

 

4. Для быстрой, динамической компенсации применяются тиристорные контакторы.

 

5. Долговечность – не менее 150 000 циклов.

 

Контакторы выше 1000В 

 

1. Применяются для коммутации конденсаторов в УКРМ напряжения 6-10 кВ.

 

2. Используются только вакуумные контакторы, специально предназначенные для этих целей.

 

3. Требуют установки демпфирующего реактора на каждую ступень регулирования.

 

4. Как правило, применяются комплектные контакторы со встроенной защитой от КЗ.

 

Контроллеры(регуляторы ) 

 

1. Измеряют значение коэффициента мощности и подключают-отключают конденсаторы УКРМ через контакторы для достижения необходимого значения косинуса.

 

2. Как правило, применяются 6- и 12 ступенчатые версии регуляторов.

 

3. Регуляторы имеют, как правило, либо релейные выходы для подключения обычных контакторов , либо выходы для подключения тиристорных контакторов.

 

4. Все регуляторы имеют управление через систему меню.

 

5. Все регуляторы имеют многофункциональный дисплей для отображения системных параметров.

 

6. В регуляторе обязательно должна аварийная сигнализация при:

 

- перекомпенсации или недокомпенсации;

- недостаточном измерительном токе;

- сверхтоках конденсаторов;

- превышение температуры сверх допустимой в УКРМ;

- превышение уровня гармоник.

 

7. Все регуляторы поддерживают промышленный интерфейс RS-485.

 

Некоторые особенности устройства и эксплуатации УКРМ: 

 

 

1. При необходимости модернизации УКРМ следует одновременно заменять все три основных компонента: конденсаторы, контакторы и регулятор.

 

2. В некоторых случаях для уменьшения пусковых токов в УКРМ 0,4 кВ применяют воздушные дроссели – конструктивно это несколько витков ( от 5 до 15) провода, соединяющего конденсатор и контактор.

 

3. При установке антирезонансных (фильтрующих) дросселей в УКРМ 0,4 кВ необходимо использовать конденсаторы с повышенным напряжением – 440В.

 

4. Конденсаторы присоединяются только медными проводниками.

 

5. Для защиты конденсаторов используются только предохранители с G-g характеристикой и с номинальным током 1,6-1,8 -кратным тока конденсатора.

 

6. Присоединительные проводники и крепление конденсаторов 0,4 кв не должны препятствовать возможному выгибанию крышки на расстояние, указанное производителем , и необходимое для срабатывания защиты по давлению.

 

7. Использование тиристорных модулей имеет свои особенности, указанные в Руководстве по эксплуатации производителя модулей.

 

8. Категорически запрещается использование плавких предохранителей для включения и отключения конденсаторов.

 

9. При затяжке контактных соединений конденсаторов необходимо точно соблюдать значения max моментов, указанных в Требованиях монтажа данного типа.

 

10. Помните , что по ТУ производителей каждый данный тип высоковольтного конденсатора имеет точно определенную нижнюю температуру включения!

 

11. Используйте, по возможности, только УКРМ известных отечественных производителей, имеющих надежную статистику отказов.
 

 

В этой обзорной статье даны только самые начальные сведения по компенсации дефицита реактивной мощности в сетях низкого (0,4кВ) и среднего (6-10кВ) напряжения, а также устройстве УКРМ и их компонентах.

Все права принадлежат сайту www.ukrm.ru

Материал может использоваться только в личных, общеобразовательных и некоммерческих целях.

При перепечатке и цитировании ссылка обязательна.