Качество электрической энергии на предприятии – бороться или смириться?

      Комментарии к записи Качество электрической энергии на предприятии – бороться или смириться? отключены

Всемирный рост цен на источники энергии, повышение потребления электричества, неизменно увеличивающиеся требования к надёжности систем электропитания – всё это ведёт к тому, что у фирм появляются новые задачи. К примеру, по внедрению и поиску технических ответов, направленных на увеличение энергоэффективности таких процессов, как генерация, передача, потребление и распределение электричества.

Как раз исходя из этого очень актуальным делается понятие качества электроэнергии (КЭ).

В широком понимании, КЭ это совокупность её особенностей, определяющих действие на электрооборудование, аппараты и приборы. Уровень качества электричества оценивается такими показателями, как уровни электромагнитных помех в электрических системах по частоте, действующему значению напряжения, форме его кривой и др.

Нехорошие показатели КЭ приводят ко многим негативным последствиям. самые неприятные для промышленных потребителей:

  • отключения и простои технологического оборудования, вызванные переключениями и авариями во внешних сетях;
  • прямые убытки, которые связаны с недовыпуском конечной продукции;
  • косвенные убытки из-за вероятных ремонтных работ механического оборудования, и издержек на обслуживание;
  • понижение надёжности электрической системы;
  • повышение эффективности и снижение производства удельной энергоёмкости единицы конечной продукции;
  • уменьшение срока работы электрооборудования.

Качество электрической энергии на предприятии – бороться или смириться?

Разглядим чаще всего видящиеся неприятности, которые связаны с КЭ, и методы их решения.

государственные программы и Федеральные законы в области повышения и энергосбережения энергетической эффективности

1. законоб повышении и энергосбережении энергетической эффективности от 23.11.2009 № 261-ФЗ;

2. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года (утв. РП РФ 13.11.2009 № 1715-р);

3. Замысел мероприятий по повышению и энергосбережению энергетической эффективности в Российской Федерации (утв. РП РФ 01.12.2009 №1830-р);

4. Национальная программа по повышению и энергосбережению энергетической эффективности на период до 2020 года (утв. РП РФ 27.12.2010 № 2446-р).

Неприятность № 1. Колебания напряжения

В соответствии с изучениям EPRI (Electric Power Research Institute), самой распространённой низкокачественной причинойэлектричества (более 92%) являются провалы напряжения. Они смогут появляться из-за природных явлений (грозы, урагана, приводящего к обрывам проводов) и технических мероприятий, проводимых на высокой стороне линий электропередач.

«Колебания напряжения в пределах ±5% не влекут за собой негативных последствий. А вот короткое прекращение подачи электричества, так именуемые скачки напряжения,либо понижение напряжения на величину более 15% может привести к долгому несложной технологических линий», – говорит Сергей Генералов, основной энергетик компании PROPLEX, ведущего производителя оконных совокупностей.

Ответ 1. Применение источников бесперебойного питания (ИБП)

ИБП разрешает поддерживать электроснабжение самые важных технологических процессов на предприятии в течение некоего промежутка времени. Так, возможно успеть, к примеру, сохранить программу станка, отключить чувствительное оборудование и т.д.

«Практически рабочее время аварийного питания зависит от ёмкости и нагрузки накопителей энергии. К примеру, в источниках бесперебойного питанияPCS 100 UPS-I в роли последних употребляются суперконденсаторы либо свинцовые аккумуляторные батареи со спиральными электродами, а в качестве связующего устройства в установке используется инвертор. Это разрешает подключенной нагрузкев случае провалов либо пропадания напряжения оставаться в рабочем режиме в течение 30 секунд», – говорит Дмитрий Чайка, менеджер по проектам компании АББ, фаворита в производстве технологий и силового оборудования для автоматизации и электроэнергетики.

Рис. 1.Источник бесперебойного питания Ответ 2.Применение динамических компенсаторов искажения напряжения (ДКИН)

ДКИН является устройствомс двукратным преобразованием напряжения, вход которого подключён к электрической системе. Выход ДКИН через управляемый инвертор и через вольтодобавочный трансформатор (ВДТ) подключён к нагрузке. Вторичная обмотка ВДТ включена последовательно с нагрузкой, и в ней наводится напряжение, компенсирующее колебания и провалы в электрической системе.

По словам Дмитрия Чайки, динамические компенсаторы искажения напряжения, так же как и ИБП, имеющие в собственной базе инвертор, владеют высоким коэффициентом нужного действия (до 99%) и быстродействием. Но в сравнении с источниками бесперебойного питания, компенсаторы искажения напряжения занимают значительно меньшую площадь.

Большой размер установки PCS100AVC мощностью 3000 кВА всего 2145?2408?2409 мм (ВхГхШ), тогда как источник бесперебойного питания с аккумуляторными батареями займёт в пять раза больше места. Помимо этого, из-за отсутствия накопителей энергии компенсаторы существенно дешевле, чем ИБП, исходя из этого значительно чаще оказываются предпочтительнее для потребителей.

Рис. 2. Динамический компенсатор искажения напряжения Неприятность № 2. Наличие высших гармоник в сети

Уровень качества электричества определяется амплитудой, наличием и частотой искажения формы сигнала, идущего от системы электропитания. «Тогда как первые две характеристики в значительной степени зависят от электроснабжающей компании, форма волны (напряжения либо тока) искажается потребителями.Так как на данный момент большая часть типовых нагрузок на фирмах являются нелинейными, к примеру, работа частотно-регулируемых приводов, выпрямителей, ИБП, компьютеров, энергосберегающих ламп и т.д. Перечисленные выше устройства потребляют ток источника, не соответствующий форме волны напряжения, в итоге она искажается высшими гармониками», – поясняет Виталий Побокин, основной инженер проектов компании «Электромонтажгрупп». Высшие гармоники являются растущей проблемой для потребителей и поставщиков электричества, поскольку ведут к:

— увеличению энергопотребления и снижению эффективности;

— перегреву кабелей, трансформаторов и электродвигателей;

— повреждению чувствительного оборудования;

— срабатыванию автоматических выключателей;

— выгоранию предохранителей;

— преждевременному износу оборудования;

— выходу и перегреву из строя конденсаторов;

— появлению сильных токов в нейтральных проводах;

— происхождению резонанса в сети;

— отказу в подключении к электроснабжающим сетям при через чур большого уровня гармоник.

На сегодня самым современным и действенным ответом по компенсации высших гармонических составляющих есть применение активных фильтров (АФГ). Они строятся, к примеру, на модулях IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) и цифровых сигнальных процессорах (ЦСП).

Принцип применения АФГ несложен: силовая электроника употребляется для генерирования гармонических токов, в противофазе тока гармоник, вызванных работой нелинейных нагрузок, так, дабы синусоида сохраняла максимально верную форму.

Рис. 3. Схема подключения активного фильтра гармоник.

При помощи трансформаторов тока измеряется ток нагрузки, что анализируется ЦСП для определения картины спектра гармоник. Полученные эти употребляются генератором тока для инжекции и производства в сеть как раз таковой гармонической величины (по амплитуде, фазе и форме), которая нужна для компенсации искажений нагрузки в следующем цикле синусоиды тока.

Так как деятельный фильтр трудится на базе данных, приобретаемых от трансформатора, оборудование динамически адаптируется к трансформациям в гармониках нагрузки. В связи с тем, что процессы генерирования и анализа контролируются программным обеспечением, устройство легко программируется на компенсацию лишь отдельных гармоник.

«Кроме собственных главных функций, активные фильтры смогут делать и другие задачи, – говорит Дмитрий Чайка. – К примеру, устройства PQF ликвидируют пофазную несимметрию и снижают действие токов нулевой последовательности. Эта функция особенно нужна в том месте, где употребляются четырёхпроводные совокупности: к примеру, в центрах обработки данных, отелях, банках и т.п. Кроме этого активные фильтры владеют свойством плавной компенсации реактивной мощности».

Рис. 4. Активные фильтры гармоник. Неприятность № 3. Низкий коэффициент мощности

Как мы знаем, электроэнергия, вырабатываемая генераторами электростанций, характеризуется их активной и реактивной мощностью. Первая величина потребляется электроприёмниками, переходя в механическую работу, тепловую и другие виды энергии. Реактивная мощность характеризует электричество, преобразуемую в энергию электрических и магнитных полей в элементах сети.

Уровень качества электроэнергии зависит от активной составляющей нагрузки, которая выражается в значении так именуемого коэффициента мощностиили cos ?1. В большинстве случаев, из-за наличия реактивной составляющей активная мощность не равна полной, исходя из этого cos ? в большинстве случаев меньше единицы.

«Низкие значения коэффициента мощности невыгодны энергосетевым компаниям, т. к. вследствие этого возрастают утраты в электрических сетях, – продолжает Сергей Генералов. –  Исходя из этого при подключении промышленных потребителей их техническими условиями на подключение  обязывают устанавливать у себя устройства компенсации реактивной мощности. По большому счету, каждое предприятие в масштабах страны должно заботиться не только об энергоэффективности, но и об экономии электричества».

На фирмах, где употребляются станки, компрессоры, насосы, сварочные трансформаторы, электропечи, прочие потребители и электролизные установки энергии с резкопеременной нагрузкой, cos ? всегда колеблется от 0,5 до 0,8. Для компенсации реактивной мощности в таких условиях, устранения просадок напряжения, вызванных пусковыми режимами замечательной нагрузки, и устранения фликера2 нужно использовать установки компенсации реактивной мощности, к примеру, быстродействующие фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ). Они являются конденсаторные батареи, последовательно соединенные с фильтровыми реакторами с резисторами либо без них.

Как пример применения фильтрокомпенсирующих устройств ФКУ Дмитрий Чайка приводит независимые системы электропитания буровых установок от дизель-генераторов. По утверждению эксперта, внедрение ФКУ Dynacomp в этом случае разрешает значительно снизить утраты и, как следствие, уменьшить потребление ДТ за счёт компенсации реактивной составляющей тока нагрузки, частичного снижения и стабилизации напряжения токов высших гармоник.

Рис. 5. Фильтрокомпенсирующее устройство Неприятность № 4. Необходимость накопления энергии

ГРЭС неизменно должны держать в резерве мощности для случаев бросков нагрузок либо аварийных отключений генераторов. Ответом смогут стать устройства хранения энергии (УХЭ), работа которых координируется внешней совокупностью управления электростанции.

«Резерв мощности выгодно иметь и фирмам – он разрешает при больших авариях избежать простоя технологических линий, и повысить энергоэффективность производства», – вычисляет Дмитрий Чайка. Как пример устройства хранения энергии эксперт привёл оборудование PCS 100 ESS, рассчитанное на широкий диапазон мощностей (от 25 кВА до 20 МВА переменного тока). Такие устройства подключаются на различных уровнях напряжения.

Помимо этого, совокупность PCS 100 ESS имеет возможность работы в режиме динамического контроля потока мощности, в то время, когда генерируется требуемый уровень активной и реактивной мощности. Таковой режим разрешает сглаживать график среднего за сутки потребления за счёт сглаживания пиковых нагрузок (см. рис. 6), что, в конечном счете, ведёт к сокращению оплаты за электричество на фирмах.

В случае если учесть, что цена последней для промышленных потребителей может существенно вырасти с 1 июля 2013 г., необходимость применения устройств хранения энергии делается очевидной.

Рис. 6. Выравнивание графика среднего за сутки потребления при помощи устройства хранения энергии.

Применение УХЭ выгодно и гарантированным поставщикам электричества – так как внедрение аналогичного оборудования ведёт к понижению инвестиционных затрат при постройке новых объектов за счёт компенсации пикового потребления, и повышает эффективность работы трансформаторных подстанций (ТП).

К примеру, при постройке ТП по заявленной мощности потребителей и последующем внедрении со стороны нагрузки, т.е. предприятия, собственной распределённой генерации, возрастают утраты поставщика (теряется польза, не окупаются эксплуатационные затраты). Использование УХЭ в пунктах распределения энергии ведёт к понижению доли вынужденной генерации, замене резервных/пиковых классических энергоблоков малой и средней мощности (до 50 МВт) и уменьшению цены владения. Так, эксплуатационные затраты совокупностей газовой генерации составляют 2000 € в месяц, угольной генерации – 1000 €, а УХЭ – 0 € (без учёта заработной платы персонала ).

Области применения устройств хранения энергии

  • Улучшение параметров качества электричества, напряжения и стабилизация частоты в системе электропитания;
  • Повышение пропускной свойстве линий при передаче и распределении энергии;
  • Выравнивание графиков среднего за сутки энергопотребления за счёт параллельной работы с сетью во время пиковых нагрузок;
  • Резервирование классических централизованных генерирующих мощностей;
  • Интеграция возобновляемых источников энергии в существующие системы электропитания;
  • Реализация гибридных микросетей и независимого электроснабжения с возможностью интеграции в одной совокупности как классических источников энергии (дизельные, газопоршневые электростанции), так и возобновляемых (солнечные панели, ветрогенераторы).

Рис. 7. Устройство хранения энергии

К сожалению, необходимо признать, что на сегодня предприятия нехотя внедряют у себя технологии, содействующие увеличению эффективности производства за счёт улучшения качества энергии. Но, сэкономив на установке инновационных устройств, повышающих КЭ, нужно будет закладывать большие затраты на ремонт технологического оборудования производственных линий. Может снизиться уровень качества производимой продукции, а соответственно, и спрос.

В случае если задуматься обо всех перечисленных выше факторах, делается очевидным – повышать успешность и эффективность производства нужно в один момент с улучшением показателей качества поступающей электричества и совершенствованием надёжности системы электропитания.

Прим. 1. Отношение активной и полной мощности нагрузки расчётного участка.

Прим. 2. Колебание светового потока неестественных источников излучения.

Пресс-служба ABB

Рандомные показатели записей:

Вебинар \


Подборка наиболее релевантных статей: