Компенсация реактивной мощности на производстве

Анонс: Особенности силовых сетей производственных объектов. Типовые нагрузки на производстве, влияющие на качество электроэнергии. Оптимальные решения компенсации реактивной мощности и нивелирования гармоник на производстве.

Производство в зависимости от вида продукции может базироваться на различных технологических процессах, но, как правило, на объектах малого бизнеса силовые сети локализованы, а большинство средних и все крупные предприятия имеют рассредоточенную инфраструктуру, оборудование низкого и среднего напряжения, часто автоматические системы контроля/управления (АСУ, АИИС), а также ряд вспомогательных и обслуживающих цехов или участков.

Небольшие производственные объекты чаще всего подключаются к низковольтным сетям, средние и крупные производства запитываются от шин подстанции электросетевой компании 10 (6) кВ и 0.4 кВ, иногда 35 (110) кВ с использованием цепочки собственных КТП, ГРЩ, РУ для снижения напряжения до 10 (6) кВ, 0.4 кВ и 220 В для разных нагрузок и систем. Заводы, комбинаты, объединения химической, нефтехимической промышленности, нефтегазовых компаний в последние годы начинают параллельно с подключением к линиям Россетей (и ПАО «ФСК ЕЭС») использовать электроэнергию ветровых, а чаще небольших солнечных электростанций на собственном балансе, хотя переход на «зеленую» электроэнергию в контексте обеспечения качества и стабильности электроснабжения имеет свои преимущества и недостатки (см. преимущества и недостатки альтернативной энергетики здесь).

Типовые нагрузки на производстве, влияющие на качество электроэнергии.

С развитием технологий, оборудования, материалов производство практически на любом (по масштабам, виду собственности, направлению деятельности) объекте базируется на:

• электромеханических, как правило частотно-управляемых приводах, в которых используются ШИМ преобразователи, что в дополнение к потреблению значительных объемов реактивной энергии «засоряет» силовую сеть гармониками тока, напряжения высших порядков.
  Набросы гармонических токов вызывают перегрев обмоток трансформаторов, электродвигателей, кабельных линий, искажают параметры качества электроэнергии, повышают риски аварийности силовых сетей, нарушений производственно-технологических процессов и т.д. Кроме того, гармонические искажения в силовых сетях негативно влияют на информационные каналы передачи данных АСУ ТП, приводят к ложным срабатыванием систем защиты, автоматики и в целом поэтому новый ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020 установил индикативные значения планируемых уровней электромагнитной совместимости для напряжений гармоник (в процентах напряжения основной частоты) сетей среднего (СН), высокого (ВН) и сверхвысокого (СВН) напряжения, а также ответственности сторон за выполнение этих норм (см. нормы гармонических искажений по действующему с 01.2021 ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020 здесь);
• динамичной, знакопеременной нагрузке, как трех-, так и однофазной, причем неравномерно распределенной по фазам (асинхронные электродвигатели, в том числе в конструкциях мотор-редукторов, насосных агрегатов, электродуговые печи, сварочные трансформаторы и пр.), что делает схемы централизованной и даже групповой компенсации реактивной мощности мало эффективными.
  В основном сегодня применяются комбинированные схемы компенсации реактивной мощности с интеграцией установок УКРМ (или фильтровых «дроссельных» УКРМФ), конденсаторных батарей, модулей конденсаторов возле единичных или небольших групп нагрузок, причем технические средства повышения коэффициента мощности проектируются в совокупности с фильтрами гармоник – активными (АФГ) и/или пассивными шунтирующими, тоже генерирующими реактивную энергию на основной (фундаментальной) частоте;
• системах, подсистемах инженерно-технического обеспечения, центрах обработки данных, являющихся по факту и потребителями реактивной энергии, и источниками эмиссии гармоник.

Оптимальные решения компенсации реактивной мощности и нивелирования гармоник на производстве.

Несмотря на «цифровой бум» в нашей стране и лозунги глобальной цифровой трансформации электросетей после принятия новой Энергетической стратегии России к оптимальным техническим решениям компенсации реактивной мощности и нивелирования гармоник на производстве правомерно отнести:

• нерегулируемые (или неавтоматические) конденсаторные модуля, батареи и установки, используемые для нивелирования статичной (фоновой) потребности в реактивной мощности производства;
• «саморегулируемые» шунтирующие фильтры гармоник, которые интегрируются в местах присоединения нагрузок, являющихся источниками эмиссии гармонических искажений, в том числе тех же АФГ на ШИМ инверторах;
• недорогие автоматические релейные УКРМ (УКРМФ), но модульной конструкции и в расширяемых версиях с возможностью модернизации до уровня оборудования для цифровых сетей без остановки производства;
• автоматические УКРМТ (и УКРМТФ) с полупроводниковыми контроллерами на тиристорных вентилях, обеспечивающими надежную и оперативную телекоммуникацию с программно-аппаратными комплексами автоматических систем управления;
• активные фильтры, но интегрируемые максимально ближе к источнику гармонических возмущений и с буферным пассивным фильтром, обеспечивающим защиту силовой сети от наброса токов гармоник ШИМ преобразователем АФГ.

Возврат к списку