Реактивная мощность в оценке надежности энергосистем http://khomovelectro. Ru/articles/reaktivnaya-moshchnost-v-otsenke-nadezhnosti-energosistem. Html

Краткий обзор основных энергосберегающих технологий

Выбор рационального напряжения электрической сети и компенсация реактивной мощности

 

В современных научно-производственных публикациях пока нет информации о полном истощении нефтяных, газовых и угольных запасов ни в нашей стране, ни за рубежом. Однако проявляя заботу о благополучии будущих поколений, уже сегодня следует оценить риск возникновения глобальной энергетической катастрофы и сосредоточить внимание специалистов на поиске оптимальных способов решения проблемы путем повсеместного внедрения энергосберегающих технологий в промышленность, городские и сельскохозяйственные электроэнергетические сети.

Экономия энергоресурсов в сетях промышленных предприятий имеет важнейшее значение, так как наибольшая доля вырабатываемой в мире электроэнергии приходится именно на эти объекты и успешное и выгодное в экономическом плане производство – это, прежде всего, строгая и продуманная экономия во всём.

Основные цели сбережения энергии и любых соответствующих мероприятий или технических инноваций на предприятиях – это снижение расходов на приобретение ресурсов и получение прибыли.

Достижение этих целей включает в себя следующие шаги:

· вычисление доли затрат на получение электроэнергии в себестоимости производства;

· тщательное исследование предприятия, анализ энергопотребления и ужесточение его учёта, мониторинг технического состояния приборов учёта;

· повышение эффективности технологии производства (прежде всего, с точки зрения сокращения потребления энергетических ресурсов);

· реализация бюджетных вариантов экономии (без внедрения дорогих инноваций);

· обучение персонала принципам экономии (разработка тематических инструкций) и контроль за исполнением внедрённого регламента, направленного на сбережение энергии;

· внедрение новых технологий;

· моральное и финансовое стимулирование всех участников мероприятий по сбережению ресурсов.

Как было указано ранее, несмотря на то, что в последние годы произошел рост расхода электроэнергии в городских сетях, значительная доля вырабатываемой в нашей стране электроэнергии по-прежнему потребляется промышленными предприятиями. Она расходуется на выполнение технологического процесса и покрытие потерь во всех элементах электропередачи. 

Из курса электротехники известно, что потери электроэнергии , вызванные нагревом элементов сети, по которым протекает ток , пропорциональные квадрату тока и активному сопротивлению элемента  называются потерями активной мощности  (здесь  и  – соответственно величины активной и реактивной мощности, протекающие по данному элементу,  – напряжение, при котором осуществляется передача электроэнергии).

Потери электроэнергии, расходуемой на создание электромагнитных полей вокруг проводников с током, пропорциональные квадрату тока и реактивному сопротивлению элемента  называются потерями реактивной мощности . Указанные потери, как видно из приведенных формул, также зависят от квадрата уровня напряжения сети, следовательно, чем ниже напряжение, тем больше величина потерь при передаче одной и той же мощности.

Например, условно примем за единицу величину активной и реактивной мощности, передаваемой по рассматриваемому элементу сети с неизменным сопротивлением, также равным единице и определим относительное изменение потерь при передаче электроэнергии на напряжении 6 кВ и 0,4 кВ:

; .

Разница в величине потерь очевидна, поэтому во всех случаях, где это допустимо по электробезопасности, следует использовать повышенное напряжение для питания электроприемников.

Для электрических сетей и приемников трехфазного переменного тока напряжением до 1 кВ ГОСТ 721-78 устанавливает следующие значения номинальных напряжений: 380/220 В; 660/380 В, причем напряжение 660 В рекомендуется для питания силовых электроприемников. По сравнению с напряжением 380 В оно имеет ряд преимуществ: меньшие потери энергии и расход проводникового материала, возможность применения более мощных электродвигателей, меньшее количество цеховых трансформаторных подстанций (ЦТП). Однако для питания мелких двигателей, цепей управления электроприводом и сетей электроосвещения необходимо устанавливать дополнительный трансформатор на 380 В.

Достаточно значимым мероприятием для повышения экономичности работы электрических сетей является компенсация реактивной мощности (КРМ), заключающаяся в установке вблизи электроприемников источников реактивной мощности емкостного характера. При этом происходит компенсация реактивной мощности индуктивного характера реактивной мощностью емкостного характера (см. рис. 1.1)

Рис. 1.1. Зависимость изменения активной и реактивной мощности от характера нагрузки

 

Таким образом, если принять за единицу потери мощности от передачи только активной нагрузки при напряжении, равном 1,05U_ном

То при передаче дополнительно реактивной мощности с tgj = 0,8 (соsj = 0,78) и вызываемом при этом снижении напряжения до 0,95 U_ном потери мощности составят:

Следовательно, при принятых условиях половина всех нагрузочных потерь обусловлена передачей реактивной мощности. Необходимость снижения их до экономически обоснованного значения и значимость подобной задачи не вызывает сомнений.

Основные потребители реактивной мощности - асинхронные электродвигатели – примерно 40 % всей мощности совместно с бытовыми и собственными нуждами; электрические печи – 8%; преобразователи – 10%; трансформаторы всех ступеней трансформации – 35%; линии электропередач – 7%.

В электрических машинах переменный магнитный поток связан с обмотками. Вследствие этого в обмотках при протекании переменного тока индуктируются реактивные э.д.с., обуславливающие сдвиг по фазе (fi) между напряжением и током. Этот сдвиг по фазе обычно увеличивается, а косинус фи уменьшается при малой нагрузке. Например, если косинус фи двигателей переменного тока при полной нагрузке составляет 0,75-0,80, то при малой нагрузке он уменьшится до 0,20-0,40.

 

Известно, что оснащенность многих зарубежных энергосистем, например, США, Германия, Японии и пр. компенсирующими устройствами (КУ) превышает оснащенность ими энергосистем России. Однако следует помнить, что в рассматриваемых странах различны технические характеристики электрических сетей (трансформаторы в США имеют меньший диапазон регулирования и используется повышенная частота питающей сети). Так, при частоте 60Гц, принятой в США и частично в Японии, сети обладают на 20% большими реактивными сопротивлениями, чем при частоте 50Гц. Это затрудняет передачу по ним реактивной мощности. Одновременно на 20% увеличивается и генерирующая способность батарей конденсаторов той же емкости. Оба эти фактора улучшают обстановку в области КРМ (Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности в сложных электрических системах. – М.: Энергоиздат, 1981. – 200 с., ил.)

 

 

При вычислении работы и мощности нельзя пользоваться ни мгновенными, ни амплитудными значениями тока и напряжения. Переменный ток считают эквивалентным постоянному току такой же мощности, и таким образом определяют эффективные (действующие) значения напряжения и силы тока.

 

 

 

 

 

Однако, при решении вопросов компенсации РМ необходимо внедрить мероприятия, не требующие применения компенсирующих устройств, поскольку для их осуществления, как правило, не требуется значительных капитальных затрат, а необходимо:

1) упорядочение технологического процесса, ведущее к улучшению энергетического режима оборудования, а, следовательно, и к повышению cos ф;

2) переключение статорных обмоток асинхронных двигателей напряжением до 1000 В с треугольника на звезду, если их загрузка составляет менее 40 %;

3) устранение режима работы АД без нагрузки (холостого хода) путем установки ограничителей холостого хода, когда продолжительность межоперационного периода превышает 10 мин;

4) замена, перестановка и отключение трансформаторов, загружаемых в среднем менее чем на 30 % от их номинальной мощности;

5) замена мало загруженных двигателей двигателями меньшей мощности при условии, что изъятие избыточной мощности влечет за собой уменьшение суммарных потерь активной энергии в энергосистеме и в самом двигателе;

6) замена, где это возможно по технико-экономическим соображениям, АД синхронными двигателями той же мощности и их применение для всех новых установок электропривода;

7) регулирование напряжения, подводимого к электродвигателям с частотным управлением;

8) повышение качества ремонта двигателей с сохранением их номинальных данных;

9) применение преобразователей с большим числом фаз выпрямления и поочередным, несимметричным управлением работой;

10) применение специальных преобразовательных систем с искусственной коммутацией вентилей (такие системы характеризуются сниженным потреблением реактивной мощности), а также систем с ограниченным содержанием высших гармоник в токе питающей сети.

Порядок расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств) потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии (договоры энергоснабжения) в соответствии с постановлениями Правительства Российской Федерации от 31 августа 2006 г. № 530 «Об утверждении правил функционирования розничных рынков электрической энергии в переходный период реформирования электроэнергетики» и от 27 декабря 2004 г. № 861 «Об утверждении Правил недискриминационного доступа к услугам по передаче электрической энергии и оказания этих услуг, Правил недискриминационного доступа к услугам по оперативно-диспетчерскому управлению в электроэнергетике и оказания этих услуг, Правил недискриминационного доступа к услугам администратора торговой системы оптового рынка и оказания этих услуг и Правил технологического присоединения энергопринимающих устройств (энергетических установок) юридических и физических лиц к электрическим сетям» (Собрание законодательства Российской Федерации, 2006, № 37, ст. 3876, 2004, № 52, ст. 5525) устанавливает требования к расчету значений соотношения потребления активной и реактивной мощности, определяемых при заключении договоров об оказании услуг по передаче электрической энергии (договоры энергоснабжения) в отношении потребителей электрической энергии, присоединенная мощность энергопринимающих устройств которых более 150 кВт (за исключением граждан-потребителей, использующих электрическую энергию для бытового потребления, и приравненных к ним в соответствии с нормативными правовыми актами в области государственного регулирования тарифов групп (категорий) потребителей (покупателей), в том числе многоквартирных домов, садоводческих, огороднических, дачных и прочих некоммерческих объединений граждан).

2. Значения соотношения потребления активной и реактивной мощностей (tgφ) определяются в виде предельных значений коэффициента реактивной мощности, потребляемой в часы больших суточных нагрузок электрической сети, соблюдение которых обеспечивается покупателями электрической энергии (мощности) – потребителями услуг по передаче электрической энергии (далее – потребители) посредством соблюдения режимов потребления электрической энергии (мощности) либо использования устройств компенсации реактивной мощности. При этом значение коэффициента реактивной мощности, генерируемой в часы малых суточных нагрузок электрической сети, устанавливается равным нулю.

3. В случае участия потребителя по соглашению с сетевой организацией в регулировании реактивной мощности в часы больших и (или) малых нагрузок электрической сети, в договоре энергоснабжения определяются также диапазоны значений коэффициентов реактивной мощности, устанавливаемые отдельно для часов больших (tgj_б) и (или) малых (tgj_м) нагрузок электрической сети и применяемые в периоды участия потребителя в регулировании реактивной мощности.

4. Сумма часов, составляющих определяемые соответствующими договорами периоды больших и малых нагрузок, должна быть равна 24 часам. Если иное не определено договором, часами больших нагрузок считается период с 7 ч. 00 мин. до 23 ч. 00 мин., а часами малых нагрузок – с 23 ч. 00 мин. до 7 ч. 00 мин.

5. Значения коэффициентов реактивной мощности определяются отдельно для каждой точки присоединения к электрической сети в отношении всех потребителей, за исключением потребителей, получающих электрическую энергию по нескольким линиям напряжением 6–20 кВ от одной подстанции или электростанции, для которых эти значения рассчитываются в виде суммарных величин.

6. Для потребителей, присоединенных к сетям напряжением 220 кВ и выше, а также к сетям 110 кВ (154 кВ), в случаях, когда они оказывают существенное влияние на электроэнергетические режимы работы энергосистем (энергорайонов, энергоузлов), предельное значение коэффициента реактивной мощности, потребляемой в часы больших суточных нагрузок электрической сети, а также диапазоны коэффициента реактивной мощности, применяемые в периоды участия потребителя в регулировании реактивной мощности, определяют на основе расчетов режимов работы электрической сети в указанные периоды, выполняемых как для нормальной, так и для ремонтной схем сети.

7. Предельные значения коэффициента реактивной мощности, потребляемой в часы больших суточных нагрузок электрической сети, для потребителей, присоединенных к сетям напряжением ниже 220 кВ, определяются в соответствии с приложением к настоящему Порядку.

ПРИЛОЖЕНИЕ

к Порядку расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств) потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии (договоры энергоснабжения)

 

Положение точки присоединения потребителя к электрической сети	tgφ
напряжением 110 кВ (154 кВ)	0,5
напряжением 35 кВ (60 кВ)	0,4
напряжением 6 - 20 кВ	0,4
напряжением 0,4 кВ	0,35

 

РЕАКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ В ОЦЕНКЕ НАДЕЖНОСТИ ЭНЕРГОСИСТЕМ http://khomovelectro.ru/articles/reaktivnaya-moshchnost-v-otsenke-nadezhnosti-energosistem.html