Kompensator mocy biernej: zastosowanie urządzeń UKRM i warunki bezpieczeństwa elektrycznego

Przyczyną strat w obwodach elektrycznych jest obecność w nich indukcyjności i pojemności generujących moc bierną. W tym przypadku tylko część całkowitej mocy - aktywny składnik - wykonuje użyteczną pracę. Składnik reaktywny służy do tworzenia pól magnetycznych, podgrzewania okablowania i zwiększania obciążenia sieci. Aby zapobiec stratom w sieci, instalowane są kompensatory mocy biernej.

Pełna moc

W sieciach elektroenergetycznych, gdzie występuje tylko obciążenie rezystancyjne - ze względu na urządzenia grzewcze, oświetlenie elektryczne, zmianę prądu i napięcia przy zerowym przesunięciu fazowym. Cała moc jest tam aktywna i trafia do obciążenia. W przypadku zastosowania w sieciach cewek indukcyjnych i pojemności pojawia się składnik reaktywny. Charakteryzuje się przesunięciem fazowym między napięciem a prądem.

Przesunięcie fazowe oznacza, że ​​zdarzają się sytuacje, w których wartości napięcia i prądu mają różną polaryzację, prąd ujemny z napięciem dodatnim i odwrotnie. W tych okresach moc nie jest wykorzystywana do wykonywania użytecznej pracy, ale powraca do źródła energii. Moc pozorna składa się ze składników czynnych i biernych. Współczynnik mocy (KM) jest liczbowo równy cosinusowi kąta fazowego między prądem a napięciem (cosφ). Wyraża stosunek mocy czynnej do mocy całkowitej.

Gdy cosφ jest niski, pojawiają się następujące czynniki:

• wzrasta koszt korzystania z energii elektrycznej;
• zwiększa się obciążenie transformatorów i zmniejsza się ich żywotność;
• wzrost strat ciepła;
• występuje spadek napięcia z powodu obecności elementu reaktywnego.

Obecność elementu reaktywnego jest niekorzystnym czynnikiem dla sieci elektrycznej i dlatego konieczne jest uwzględnienie w sieci kompensatorów.

Urządzenia kompensacyjne

Rodzaj urządzenia kompensującego zależy od jaki rodzaj komponentu występuje w sieci?. W przypadku obciążenia indukcyjnego stosuje się urządzenia do kompensacji mocy biernej za pomocą kondensatorów. W przypadku obciążenia pojemnościowego stosuje się kompensatory ssania. Cewka indukcyjna w elektrotechnice jest rodzajem cewki indukcyjnej.

W przedsiębiorstwach najczęściej występuje obciążenie indukcyjne, które wiąże się z obecnością silników asynchronicznych, transformatorów, pieców elektrycznych w łańcuchach technologicznych. Dlatego stosuje się tam kondensatory kompensujące moc bierną.

Głównym przeznaczeniem urządzeń do kompensacji mocy biernej kondensatorów w sieciach elektrycznych UKRM jest: utrzymanie KM sieci na normalnym poziomie, zmniejszenie przepływu składowej reaktywnej, stabilizowanie Napięcie. W miejscu instalacji UKRM różnią się następujące metody rekompensaty:

• Kompensacja scentralizowana z instalacją UKRM po stronie wysokiego napięcia 6-10 kV. W takim przypadku odciążane są tylko sekcje sieci znajdujące się nad transformatorami. Instalacje konsumenckie pozostają nieobciążone.
• Instalacja UKRM na szynach niskiego napięcia 0,4 kV. Przewidziano rozładunek transformatorów i sieci znajdujących się powyżej. Jest to również rodzaj scentralizowanej rekompensaty. Sieci konsumenckie pozostają pod obciążeniem reaktywnym.
• Kompensacja grupowa, gdy UKRM są podłączone bezpośrednio do szyn produkcyjnych 0,4 kV. Pod obciążeniem biernym pozostają tylko sieci prowadzące do poszczególnych odbiorców.
• Kompensacja indywidualna polega na przyłączeniu UKRM bezpośrednio do instalacji zużywających moc bierną.

Jednostki kondensatorów poprawiają warunki użytkowania energii: zmniejszają prąd obciążenia o 30-50%, wydłużają żywotność urządzeń elektrycznych, zmniejszają straty ciepła, zmniejszenie szumów linii, zmniejszenie asymetrii faz, stosowanie filtrów wyższych harmonicznych, zwiększenie ekonomiczności sieci i obniżenie kosztów Elektryczność.

Przy wyborze urządzenia kompensacyjnego bierze się pod uwagę charakterystykę sprzętu, warunki środowiskowe i złożoność procesów sterowania. W sieciach 6-10 kV stosowane są następujące rodzaje kompensacji:

• Nieregulowany - składa się z kilku stopni, które są przełączane ręcznie w przypadku braku prądów obciążenia.
• Automatyczny - realizowany przez automatyczne przełączanie stopni, każdy składający się z trzech kondensatorów połączonych trójkątem.
• Dynamiczny - w przypadku szybko zmieniających się obciążeń stosuje się elektroniczny kompensator elementu reaktywnego.

Ochrona UKRM

Dla bezpiecznej eksploatacji instalacji kompensacyjnych konieczne jest stworzenie urządzeń ochronnych i blokad na wypadek nieprzewidzianych sytuacji. Przewiduje się następujące środki:

• Blokady zabezpieczające przed kontaktem z częściami pod napięciem.
• Wbudowany odłącznik zapobiegający prądowi zwarciowemu.
• Zabezpieczenie elektryczne przed przekroczeniem norm dotyczących prądu, napięcia, asymetrii faz.
• Blokady zapobiegające nieprawidłowemu załączeniu łączników UKRM.
• Zastosowanie przełącznika do odłączenia zasilania instalacji po otwarciu drzwi.

Należy pamiętać, że po odłączeniu kondensatorów na ich zaciskach występuje niebezpieczne napięcie szczątkowe. Pełne rozładowanie przez rezystory rozładowujące następuje w ciągu kilku minut.

Przeciwwskazane jest dokonanie pełnej rekompensaty, przynosząc cosφ do jedności. Może to prowadzić do nadmiernej rekompensaty. KM powinien mieć wartości nie wyższe niż 0,90-0,95. Moc UKRM ustalana jest dla każdego odcinka sieci z uwzględnieniem charakterystyki obciążenia i rodzaju kompensacji.

Stale rosnący poziom zużycia energii elektrycznej zmusza nas do większej dbałości o jej ochronę. Postęp technologiczny zwiększa zapotrzebowanie na surowce energetyczne, a możliwości wytwarzania są ograniczone. Dlatego na pierwszy plan wysuwają się technologie energooszczędne, a dylatacje są jednym z ważnych sposobów oszczędzania.

Efekt ekonomiczny z zastosowania tych instalacji jest ogromny. Już na etapie projektowania można ustalić zmniejszony przekrój kabli i zaoszczędzić na ich kosztach. A w procesie produkcyjnym następuje oszczędność kosztów użytkowania energii elektrycznej, która w niektórych regionach sięga 50% całkowitego kosztu.