Инвертор реактивной мощности для счетчика

Компенсация реактивной мощности в электроустановках с генераторами

До сих пор обсуждалась компенсация реактивной мощности в первом и втором квадрантах системы координат. В последнее время всё чаще промышленные предприятия, к примеру, на которых сжигается древесная пыль, используют генераторы с приводом от паровых машин, работающие параллельно сети.

В этой главе рассматриваются технические и экономические аспекты, относящиеся к требуемому коэффициенту мощности или величине реактивной энергии, которая должна оплачиваться. Если генераторы подают активную энергию обратно к поставщику, это означает, что речь идёт о 4-квадрантной работе. При этом возникают новые аспекты, относящиеся к тарификации потребления реактивной энергии. Как показано далее, тариф, требующий обеспечения среднего коэффициента мощности cosφ = 0,9 (отстающий) (см. главу 4), становится некорректным.

Также разъясняется, что понятия «коэффициент мощности» (cosφ) и «реактивная мощность» (Q) характеризуют совершенно разные электрофизические величины. Это можно выразить следующим неравенством:

То есть коэффициент мощности — это отнюдь не то же самое, что реактивная мощность и наоборот.

Как работают различные инверторы с разными типами электроприборов

Прежде чем разбираться во всех тонкостях выбора инвертора для тех или иных электроприборов, давайте подробнее остановимся на самих устройствах, выясним, какими они бывают и чем отличаются.

Активная энергия. Активная нагрузка и полная мощность.

Электрические бытовые приборы, которые мы используем в повседневной жизни, потребляют разные типы энергии – активную и реактивную.

Активная энергия – главный работяга, это та энергия, которые электроприборы перерабатывают напрямую в нужные себе свет или тепло, питаясь ею. Это активная нагрузка.

К электроприборам, использующим активную нагрузку, относятся, например, лампочки накаливания, утюг, электроплита, обогреватель, электропечь. для этих приборов их активная нагрузка будет равна полной, т. е. 1 кВт будет равен 1 кВА.

И то, в чистом виде приборами активной нагрузки можно считать только лампочку накаливания (тонкую проволоку) и ТЭН (более толстую проволоку). Но мы относим и все другие перечисленные выше приборы к потребителям активной мощности, поскольку доля реактивной в них будет минимальна.

Работа инверторов с приборами активной нагрузки.

— Дли инверторов питание таких приборов – легкая задача. С ней справятся одинаково хорошо инверторы как с чистой, так и с модифицированной синусоидой. Их КПД будет максимальным, а работа – эффективной. Главное, чтобы мощность была подобрана достаточная.

Реактивная энергия. Реактивная нагрузка и полная мощность.

Реактивная энергия – это бесплотный помощник активной, она создаёт электромагнитные поля, без которых, к примеру, не будет крутиться электродвигатель. Большинство электроприборов, которые мы используем в быту потребляют именно реактивную мощность.

Для всех таких приборов полная мощность (ВА) не будет равна активной (Вт). Они будут различаться на коэффициент cosφ. Он равен одному из значений из диапазона от 0,5 до 0,9. Чем ниже cosφ, тем больше доля реактивной нагрузки и тем больше будет разница между активной и полной мощностью.

Как правило, при выборе стабилизаторв напряжения для бытовых нужд, коэффициент cosφ принимают равным 0,7, апри выборе инверторов — 0,6 (т.к. инвертор небольшую часть мощности таратит на себя).

К примеру, мощность инвертора 500 ВА будет примерно равна 300 Вт.

Работа инверторов с приборами реактивной нагрузки.

— КПД инверторов снизится, т.к. часть энергии потратится на реактивную нагрузку. Инверторы, вследствие этого необходимо подбирать с запасом по мощности (обычно от 10 до 15%).

— При общем понижении КПД инверторов, инверторы с искаженной (модифицированной) синусоидой будут менее эффективны. Поэтому, закладывая запас по мощности, прибавляйте еще 10%, если выбираете инвертор с модифицированным синусом.

Если у электроприбора есть двигатель:

— подойдут инверторы ТОЛЬКО с чистой синусоидой. Искаженная форма выходного тока негативно влияет на работу двигателей. Срок их службы сокращается, а в некоторых случаях они могут вообще не включиться или же сразу перегореть. К таким приборам относятся, к примеру: холодильник, циркуляционный насос, стиральная машина, пылесос, электроинструмент.

Работа инверторов с чувствительной аппаратурой.

— Есть техника реактивной нагрузки без двигателей в своём устройстве, но, тем не менее, чувствительная к качеству напряжения. Ей будут полезны опять же инверторы только с чистым синусом. Такие особенности обычно прописываются в технических паспортах. Типичные примеры чувствительной техники – медицинское оборудование, аудиосистемы, фотовспышки, серверное оборудование, некоторые отопительные котлы.

Из всего вышесказанного можно сделать следующие выводы:

1. Одинаково эффективно инверторы работают только если питают потребителей с исключительно активной нагрузкой.
2. Если нагрузка электроприборов реактивная – эффективность инверторов падает, причем в большей степени у инверторов с модифицированной синусоидой – мощность придется рассчитывать с запасом.
3. Если в устройстве прибора если электродвигатель или вы имеете дело с чувствительной техникой – выбирайте инверторы с чистой синусоидой.
4. Модифицированная синусоида годится, если приборы реактивной нагрузки не чувствительны и в их устройстве нет двигателей.

Здесь мы размещаем полезную информацию товарах, статьи, обзоры, советы по выбору. Чтобы быстрее найти нужную информацию, выбирайте категорию или ищите по тегам. Не забудьте заглянуть в популярные статьи.

Компенсация реактивной мощности. Основные компоненты. Рекомендации к проектированию УКРМ.

Компенсация реактивной мощности, в настоящее время, является немаловажным фактором позволяющим решить вопрос энергосбережения практически на любом предприятии.

Наиболее действенным и эффективным способом снижения потребляемой из сети реактивной мощности является применение автоматизированных установок компенсации реактивной мощности (далее УКРМ).

Использование конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности позволяет:

• разгрузить питающие линии электропередачи, трансформаторы и распределительные устройства;
• снизить расходы на оплату электроэнергии за активную мощность путем снижения тепловых потерь в линии и распределительных устройствах, а также свести фактически к нулю расходы на оплату электроэнергии за реактивную мощность (в РБ и РФ на сегодняшний день оплата не взимается, но все может быстро измениться);
• при использовании определенного типа установок (ФКУ) снизить уровень высших гармоник;
• подавить сетевые помехи, снизить несимметрию фаз;
• сделать распределительные сети более надежными и экономичными.

1. Конденсаторы силовые низковольтные

Основной элемент УКРМ, предназначены для индивидуальной, групповой и центральной коррекции коэффициента мощности.

Главные преимущества на примере серии CSAD ZEZ SILKO:

• не содержат PCB или ПХБ (полихлорированные бифенилы). Полихлорированные бифенилы относятся к группе стойких органических загрязнителей (СОЗ), мониторинг которых в воздухе, воде и почве является обязательным в развитых индустриальных странах вследствие их высокой опасности для окружающей среды и здоровья населения;
• изготавливаются c использованием технологии MKP. Это означает использование металлизированной полипропиленовой пленки со свойствами самовосстановления и чрезвычайно низкими потерями диэлектрика;
• защищены встроенным разъединителем по давлению, который обеспечивает безопасное отключение конденсатора от сети в случае аварийной перегрузки или в конце срока службы;
• оснащен встроенными разрядными резисторами для безопасности обслуживающего персонала.

Основные серии конденсаторов ZEZ SILCO:

• N (NORMAL) — нормальный режим;
• HD (HEAVY DUTY) – тяжелый режим;
• UHD (ULTRA HEAVY DUTY) – сверхтяжелый режим.

Соответствуют стандартам IEC EN 60831-1/2, VDE 0560-46/47, ГОСТ 1282-88.

Расширенная техническая информация по ссылке .

2. Дроссели защитные (реакторы)

Дополнительный элемент УКРМ, предназначены для защиты конденсаторов.

Часто применение силовых электронных устройств с нелинейными нагрузками ведёт к гармоническим искажениям в электрических системах. Эта несинусоидальная нагрузка вызывает увеличение эффективного тока силового конденсатора и других компонентов системы, а также возможность емкостного резонанса с другими индуктивными нагрузками. В результате это может привести к проблемам и даже отказам оборудования.

Решением является применение расстроенных (фильтрующих) реакторов или дросселей защитных, которые создают последовательную резонансную цепь с силовыми конденсаторами. Эта расстроенная система защищает оборудование от эффекта резонанса, а также действует как фильтр высших гармоник. Обычно рекомендуется применять расстроенные реакторы (дроссели) при уровне искажений по напряжению THD-U более 3%.

Главные преимущества на примере серии TKC1, TKA1 ZEZ SILKO:

• низкие потери за счет особенностей конструкции и высококачественных материалов;
• намотка из медной TKC или алюминиевой ленты TKA;
• +/- 5% погрешность индуктивности;
• коэффициенты расстройки: 5,67%, 7%, 14%;
• встроенный температурный датчик: TKC-90℃ и TKA-130℃;
• пропитка – эпоксидная смола (полиэстер) для хорошей изоляции, низкого шума работы и долговечности;
• рабочая температура окружающей среды не более 40℃.

Соответствуют стандартам IEC EN 60076-6, IEC EN 61558-2-20.

Расширенная техническая информация по ссылке .

3. Контакторы для коммутации конденсаторов

Конденсаторные контакторы предназначены для коммутации конденсаторов в конденсаторных установках без дросселей и с дросселями.

Современные конденсаторные контакторы на примере серии CNNK_N RADE KONCAR и серия DILK EATON :

• снабжены дополнительной контактной группой, установленной параллельно основной. При подаче напряжения на катушку управления обе группы контактов приводятся в действие одновременно, но из-за меньшего расстояния лимитируемого упором, вспомогательные контакты замыкаются на несколько миллисекунд раньше основных. Такая конструкция позволяет ограничить пусковые токи, предотвращая сваривание контактов в момент коммутации и тем самым продлевает срок службы контакторов, а также позволяет улучшить качество электроэнергии, сглаживая провалы напряжения во время коммутации, что в свою очередь продлевает срок службы самих конденсаторов;
• обладают электрической долговечностью;
• работа с уменьшенной потерей энергии при включении;
• удобство подбора, номинал контактора соответствует номиналу конденсатора в kVAr по AC6-b для 400-440VAC;
• наличие встроенного вспомогательного контакта, а также возможности установки дополнительных, при необходимости;
• обладают компактными габаритами и выполнены в современном дизайне.

Rade Koncar Eaton

Производители контакторов рекомендуют выбирать контактор как минимум на номинал выше для установок КРМ с сетевым THDU — более 2%, без дросселированной защиты конденсаторов, а также в случае возможной эксплуатации при температуре выше 55℃.

Соответствуют стандартам IEC 60947-1, IEC 60947-4-1.

Расширенная техническая информация по ссылкам: Rade Koncar , Eaton

4. Регуляторы реактивной мощности

Автоматическая компенсация реактивной мощности осуществляется за счет специального регулятора, который измеряет реактивную мощность и согласно внутреннему алгоритму управляет включением и отключением ступеней конденсаторов с целью поддержания требуемого значения cos φ.

Современные регуляторы реактивной мощности помимо ступенчатой коррекции cos φ способны осуществлять защиту компонентов УКРМ, а также позволяют осуществлять мониторинг ступеней в течении срока эксплуатации.

Дополнительные функциональные возможности регуляторов на примере серий BLR-CX, CX eco, CX plus от немецкого производителя Beluk :

• контроль температуры, доступно подключить вентилятор к устройству и использовать термодатчик (выносной или встроенный) для организации терморегуляции, а также аварийного отключения установки КРМ (BLR-CX, CX eco, CX plus);
• контроль Umax и Umin сети (BLR-CX, CX eco, CX plus);
• контроль THDU, измерение 3-19 гармоники (BLR-CX, CX eco, CX plus);
• контроль THDI, измерение 3-19 гармоники (CX eco, CX plus);
• возможность работы с ТН в системах среднего и высокого напряжения, коэффициент трансформации, регулируемый в диапазоне 1 – 350 (BLR-CX, CX eco, CX plus);
• мониторинг ступеней, информация о числе коммутаций, текущей мощности ступени и проценте первоначальной мощности, очень важно для расстроенных контуров при дроссельной защите (BLR-CX, CX eco, CX plus);
• наличие аварийного контакта, TTL интерфейса (BLR-CX, CX plus);
• RS-485, протокол Modbus (CX plus);
• несколько алгоритмов регулирования, автоматическое определение размера шага (BLR-CX, CX plus);
• один алгоритм BEST-FIT, автоматическое определение размера шага (CX eco);
• память аварий (позволяет хранить последние 10 событий) и память Umax, THDUmax, что очень важно при разборе рекламаций ;
• цифровой вход, возможности отключить аварию и выбирать между cos φ1 и cos φ2 (CX plus);
• релейные выходы 6 или 12 ступеней и отдельный выход для вентилятора, который можно использовать как ступень 7-я и 13-я (CX eco, CX plus);
• встроенный температурный датчик (CX eco, CX plus);
• опциональный выносной температурный датчик (BLR-CX);
• установка пароля на меню настроек 200_800 (CX eco, CX plus).

Расширенная техническая информация по ссылке .

Рекомендации к проектированию УКРМ.

Перед проектированием УКРМ в электрических сетях действующих объектов должны проводиться измерения и анализ гармонического состава кривой напряжения. На основании данных THDU, а также номера «проблемной» гармоники (гармоник) возможно осуществить компетентный подбор серии конденсаторов по режиму работы, определить номиналы контакторов, обеспечивающих надежную коммутацию на весь ожидаемы срок службы конденсаторов, а также судить о необходимости применения защитных дросселей для защиты конденсаторов с требуемым для этого коэффициентом расстройки.

При проектировании электрических сетей с УКРМ для вновь вводимых объектов в первую очередь следует опираться на опыт проектирования схожих объектов.

В случаях отсутствия опыта проектирования рекомендуется дождаться ввода в эксплуатацию объекта и провести анализ сети для последующего подбора комплектующих УКРМ.

При подборе комплектующих для УКРМ на напряжение сети 400VAC допускается руководствоваться негласным правилом, основанным на данных полученных от производителей комплектующих, информации изложенной в статье «К вопросу о проектировании компенсации реактивной мощности в электрических сетях промышленных предприятий» за авторством к. т. н. А. И. Жуковского , а также собственного мнения автора статьи.

В заключении хочется озвучить основную проблему в организации закупок. Очень часто на конкурсной основе сборщики УКРМ получают техническое задание, где указаны мощность установки, напряжение сети и шаг ступени. В рамках конкурса, где единственным критерием оценки предложения является ЦЕНА, то многим участникам конкурса приходится рисковать, предлагая максимально бюджетную сборку в надежде не получить рекламацию в гарантийный период.

Часто риск оказывается не оправданным. УКРМ выходит из строя раньше гарантийного срока, а взорвавшийся конденсатор способен причинить дополнительные материальные затраты, повредив соседние элементы установки. Встроенный разъединитель по давлению у конденсатора — это не 100% гарантия защиты корпуса конденсатора от разрыва.

Компания ZEZ SILKO рекомендует при проектировании оболочек для УКРМ учитывать конструктивно возможность взрыва конденсаторов.

Также не нужно забывать и Заказчика, который рассчитывал получить положительный эффект от ее работы за расчетный срок службы установки в среднем от 10 до 20 лет.

В такой ситуации на стадии конкурса, если не представляется возможным получить или самостоятельно произвести анализ сети, рекомендуется обратить внимание на количество и мощность оборудования с нелинейными характеристиками, подлежащего к эксплуатации на объекте (частотные преобразователи, сварочные автоматы, дуговые печи, инверторы, выпрямители и пр.). В случае преобладания такого оборудования обосновано рассматривать конденсаторы не ниже HD – тяжелый режим, контакторы номиналом выше номинала конденсатора, а регулятор подбирать как минимум с защитой от превышения THDU и температуры, памятью аварий.

Уточнить цены, наличие, получить квалифицированную консультацию можно по телефонам ☎️ +375 17 247-19-99 , +375 44 567-19-99 , либо у своего менеджера.

Посчитаем экономический эффект

Разница между стоимостью полученной и затраченной энергией составляет в наших расчетах 570 рублей в месяц или 19рублей в сутки. В таком режиме работы наш гелевый аккумуляторный банк даст 700 циклов, а это означает, что произведение составит 19р.*700циклов=13300р. Стоимость нашего батарейного банка составляет: 30400р.*8шт.=243200р. Остаточная стоимость аккумуляторов при цене 40р. за кг: 40р*60кг*8=19200р. Итого убыток: 13300р. + 19200р. – 243200р. = – 210 700р.

Чем измеряют потребление энергии?

Для замера потребленной энергии используют счетчик активной и реактивной энергии. Всё они делятся на счетчики с одной фазой и тремя фазами. В чем же их различие?

Однофазные счетчики применяют для учета электрической энергии у потребителей, которые используют ее для бытовых нужд. Питание выполняется однофазным током.

Трехфазные счетчики используются для учета полной энергии. Они классифицируются исходя из схемы электроснабжения на трех- и четырехпроводные.

Типы УКРМ

Существуют несколько типов установок УКРМ, применяемых в сетях 6-10 кВ, это:

1. Нерегулируемые установки, выполненные в модульном построении, состоящем из нескольких фиксированных ступеней,коммутация происходит в ручном режиме при отсутствии токов нагрузки.
2. Автоматические или регулируемые, базовое устройство предназначено для автоматического регулирования ступеней, каждая из которых состоит из трех конденсаторов, соединенных в звезду, операции по осуществлению коммутационных действий производят автоматически с использованием электронного блока, определяющего мощность и время включения.
3. Полуавтоматические установки применяются для снижения стоимости устройства компенсации реактивной мощности, цена становится доступной с одновременным сохранением качества работы устройства. Для этого в устройстве применяются, как регулированные ступени, так и фиксированные.
4. Высоковольтные установки с фильтрами, применяемыми для защиты от нелинейных гармонических искажений защитных антирезонансных дросселей. Применяются такие установки совместно с устройствами, генерирующими явление в сети высших гармоник, это: устройства, обеспечивающие плавный пуск и частотные преобразователи.

Таблица №1 Типы конденсаторных установок с указанием мощности ступеней.

В модульных установках КРМ ступени конструктивно объединены в модуль

Расчет по формуле

Теперь рассмотрим, как вычислить коэффициент мощности. Для этой цели используется формула: ПВ в минутах разделяем на сумму времени работы до и после остановки. Полученное число умножаем на 100. Допустим, устройство исправно сваривало металл в течение 6-ти минут без перерыва. Затем активировался защитный механизм, он остановил рабочий процесс, в течение 4-х минут аппарат «отдыхал», после чего опять начал работать. Вычисляем коэффициент по формуле:

Коэффициент мощности для инверторных аппаратов любительского и полупрофессионального классов не превышает 70%. Как правило, этот показатель находится в диапазоне 60-70%. Данные, которые могут потребоваться для вычисления потребляемой инверторным аппаратом мощности, есть в технической документации. Размещена нужная информация на сайте компании-изготовителя, в руководстве по эксплуатации или непосредственно на странице интернет-магазина, где вы собираетесь покупать инструмент, в разделе Характеристики.

Рассмотрим, как вычислить мощность на примере агрегата с такими техническими параметрами:

• напряжение MIN – 160В;
• напряжение MAX – 220В;
• сила тока – 160А;
• напряжение дуги – 23В;
• КПД – 0,89%;
• ПВ – 60%.

Для начала определим максимальную мощность. Нужно умножить силу сварочного тока на напряжение рабочей дуги. Полученное значение разделяем на КПД. Вот что получилось:

160А х 23В / 0,89 = 4135 Ватт

Это показатель мощности, необходимой для питания агрегата непосредственно в процессе сваривания. Чтобы вычислить среднее значение, необходимо максимальную мощность умножить на ПВ и разделить на 100%.

4135 х 60 / 100 = 2481 Вт.

Получилось номинальное значение потребляемой мощности. Почему берется для расчетов номинальная мощность? Сварочный инвертор не будет все время работать на максимальном токе. Он останавливается, сваривает на более низком токе, поэтому нецелесообразно покупать модель с мощностью, которая практически в два раза превышает нужный показатель.

Кстати, самостоятельно потребляемую мощность можно не вычислять, производитель уже сделал это за вас. Эта характеристика указывается в технической документации наряду с другими показателями.