УДК 621.316.311.017
Авторы: С.В. Солёный, И.В. Луговская,
В.С. Ищук
Источник: Автоматизация технологических объектов и
процессов. Поиск молодых. / Сборник научных трудов ХIІ
научно-технической конференции аспирантов и студентов. – Донецк, ДонНТУ – 2012.
О КомпенсациИ реактивной мощности в системе
электроснабжения ДонНТУ
Необходимость энергосбережения становится все более
актуальной. Это обусловлено все большим дефицитом и увеличением стоимости
энергоресурсов, ростом объемов производства и инфраструктуры городов.
Большинство потребителей электроэнергии наряду с активной мощностью потребляют
и реактивную мощность, которая расходуется на создание электромагнитных полей и
является бесполезной. Наличие в низковольтной электрической сети (НЭС)
реактивной мощности снижает качество электроэнергии, приводит к увеличению
платы за электроэнергию, дополнительным потерям и перегреву электропроводов,
перегрузке подстанций, необходимости завышения мощности силовых трансформаторов
и сечения кабелей, просадкам напряжения в системе электроснабжения.
В НЭС при чисто активной нагрузке протекающий ток не
опережает и не запаздывает от напряжения. При индуктивной нагрузке ток отстает
от напряжения, при емкостной – опережает напряжение. При работе
электродвигателей, компрессоров, электромагнитов и др., что наиболее типично
для большинства потребителей нагрузка имеет индуктивный характер и в общей
потребляемой мощности присутствует реактивная мощность. В этом случае снижается
коэффициент мощности и для его повышения необходимо подключать емкостную
нагрузку, которая компенсирует индуктивную составляющую. Результирующая
нагрузка приближается к чисто активной и коэффициент мощности приобретает
максимальное значение. Для компенсации реактивной мощности применяются
конденсаторные батареи, в автоматизированном режиме повышающие коэффициент
мощности и тем самым, снижающие общие потери потребителя. В частности, при
повышении cosφ с 0,5 до 0,9 реактивная мощность снижается на 44 %.
Применение конденсаторных батарей позволяет снизить объем потребляемой
реактивной мощности и добиться экономического эффекта в вопросах
энергосбережения [1-3].
Таким образом, идея работы состоит в снижении
потребления реактивной мощности в НЭС учебных корпусов ДонНТУ
путем применения автоматизированной системы компенсации реактивной мощности.
Цель работы – разработать автоматизированную систему
компенсации реактивной мощности в НЭС учебных корпусов ДонНТУ.
В качестве объекта компенсации реактивной мощности
выбрана однолинейная схема электроснабжения одного из учебных корпусов ДонНТУ (рис. 1).
Компенсация реактивной мощности особенно необходима
для потребителей, имеющих низкий коэффициент мощности. В частности, это
касается потребителей с большим числом эксплуатируемых асинхронных двигателей
(cosφ=0,7), особенно в режиме их недозагрузки (cosφ=0,5) –
подъемно-транспортные механизмы и др.
Анализ (рис. 1) показывает, что к однолинейной схеме
электроснабжения учебного корпуса подключаются следующие потребители
(присоединения) с пониженным cosφ: освещение всего учебного корпуса
(люминесцентные лампы, компактные люминесцентные лампы и др.); силовое
электрооборудование лифтов (асинхронные двигатели и др.); насосы подачи воды
(асинхронные двигатели и др.); вентиляция (асинхронные двигатели и др.); также
в учебном корпусе находится множество специфических учебных лабораторий с
потребителями, имеющими пониженный cosφ (двигательные генераторные
нагрузки, автоматика, компьютерная техника и др.).
Рисунок 1 – Однолинейная схема электроснабжения одного
из учебных корпусов
Приблизительные затраты на реактивную мощность
потребленную электрооборудованием учебного корпуса составляют в год:
, грн.,
где 
, 
– стоимость
потребленной реактивной мощности, грн. (сведения
предоставлены отделом главного энергетика ДонНТУ за
сентябрь месяц).
Согласно [3] необходимая мощность конденсаторных
батарей рассчитывается по формуле:
,
(1)
где 
– потребленная реактивная мощность по вводу № i, квар.час;
– время работы
конденсаторной батареи в месяц, час/месс.
где 
– число рабочих дней в
месяц; 
– длительность работы
электрооборудования в сутки (считаем, что она равна длительности рабочего дня
приблизительно с 700 до 1700).
На ночь, то есть в нашем случае на 14 часов
конденсаторные батареи необходимо отключать иначе будет перекомпенсация,
а за нее предусмотрены штрафные санкции.
Пользуясь формулой (1) рассчитаем необходимую емкость
конденсаторной батареи для вводов № 1 и № 2.
Ввод № 1:
, квар.
Ввод № 2:
, квар.
Принимаем, что на каждом вводе будет установлена
нерегулируемая конденсаторная батарея мощностью 100 квар.
Схема автоматизированной системы управления
конденсаторными батареями представлена на рис. 2, она состоит из реле времени
(РВ), контактора (К) и конденсаторной батареи (КБ). Особенностью данной схемы
является то, что необходимо использовать специализированный контактор для
коммутации КБ. В момент включения КБ, происходит практически короткое замыкание
цепи и ток в ней достаточно велик. Значение тока определяется величиной
переменного напряжения, импедансом выводов КБ, соединяющих кабелей, и обмоток
силового трансформатора. При индивидуальной компенсации пик зарядного тока
может превышать в 30 раз номинальный ток КБ. Такой значительный ток проходя через обычный контактор может повредить его и
КБ. Поэтому необходимо: ограничивать зарядный ток КБ подключением
токоограничивающих резисторов R (рис. 2); использовать специализированные
контакторы коммутации емкостной нагрузки.
Токоограничивающие резисторы включаются параллельно
основным контактам специализированного контактора и замыкаются на 4 мс раньше
при замыкании и размыкаются на 4 мс позже при размыкании. Это позволяет существенно
ограничить выброс напряжения, который происходит при коммутации КБ.
В программное РВ необходимо заложить следующую
программу: оно должно включиться сразу после начала отработки программы и
отключиться через 10 часов, а также должно работать в циклическом режиме с
периодом 14 часов.
Внедрение автоматизированной системы
компенсации реактивной мощности в однолинейной схему электроснабжения учебных
корпусов ДонНТУ позволит уменьшить размер оплаты за
электроэнергию, обеспечить подачу электроэнергии по кабелю с меньшим сечением
(при реконструкции), увеличить срок эксплуатации электрооборудования вследствие
его меньшего нагрева, улучшить качество электроэнергии, избежать штрафов за
снижение качества электроэнергии пониженным коэффициентом мощности, уменьшить уровень высших гармоник в системе электроснабжения.
Перечень ссылок
1. Правила устройства электроустановок. – Х.: Изд-во
«Форт», Харьков, 2009. – 704 с.
2. Геворкян М.В. Современные компоненты компенсации
реактивной мощности (для низковольтных сетей). – Издательство: Додэка-XXI.
3. Константинов Б.А., Зайцев Г.З. Компенсация реактивной
мощности. – Л.: Энергия. Библиотека электромонтера. Выпуск 445.