Промышленность потребляет около половины всей, генерируемой в нашей стране электроэнергии, вносит значительный вклад в экономический рост, но наряду с этим является основным источником выбросов CO2, а значительное число отраслевых предприятий отличается неэффективным энергопотреблением, что обусловлено:

• технически изношенным, несовременным оборудованием, применением морально устаревших технологий и материалов;
• отсутствием «цифровизации» - автоматических (или автоматизированных) систем управления АСУ с контролем работы оборудования программно-логическими контроллерами, анализом процессов с помощью прогрессивного программного обеспечения на серверах и т.д.;
• непониманием менеджментами промышленных объектов безусловного факта, что повышение эффективности энергетических систем будет способствовать сокращению эксплуатационных расходов и затрат на техническое обслуживание, увеличению прибыли промышленного объекта, повышению конкурентоспособности компании на рынке, формированию финансовых условий для развития бизнеса;
• игнорированием из-за недопонимания (или осознанным) менеджментами значения качества электроэнергии для работы оборудования, систем, производственно-технологических процессов, а также причин больших потерь, в том числе обусловленных перетоками реактивной мощности и эмиссией (трансмиссией) гармоник.

Специфика энергетической нагрузки промышленных объектов.





Авиационная, горная, включая торфяную и сланцевую, космическая и легкая, пищевая и химическая, электронная и электротехническая промышленность, машиностроение, в том числе энергетическое, тяжелое, нефтегазовое, транспортное, химическое, станкостроение, металлургия, оборонно-промышленный комплекс и т.д. имеют разные узкоцелевые сегменты и предприятия с различным оборудованием производственных мощностей. Однако все эти промышленные объекты вне зависимости от масштаба инфраструктуры, топологии силовых сетей, способа управления производственно-технологическим процессом, готовой к реализации продукции и т.д. имеют практически аналогичные источники потерь электроэнергии, среди которых основные – трансформаторы, кабельные линии, электродвигатели, комплектные преобразователи для электропривода переменного (или постоянного) тока с регулируемой скоростью, ШИМ преобразователи, а также системы обеспечения (освещения, отопления, вентиляции, аспирации, кондиционирования, водоснабжения, водоподготовки, водоотведения и др.).

Справка:

все оборудование и системы промышленных объектов по ПУЭ-7 делят на три категории по предельно допустимому времени ввода резервного источника питания, как правило генераторов или аккумуляторных блоков с инверторами - от двух секунд в 1 категории до 10 минут во второй и без ограничений в третьей, к которой отнесены складские помещения, админздания и некоторые вспомогательные производства, где остановка процессов не представляет опасности для жизни людей или состояния окружающей среды. Инверторы резервных источников питания, как и любые ШИМ преобразователи, в том числе комплектные преобразователи для электропривода переменного (или постоянного) тока с регулируемой скоростью являются одновременно и потребителями реактивной мощности, и источниками гармонических искажений.




Если реактивная мощность не компенсируется «на местах» конденсаторными установками, батареями, модулями, то она потребляется из распределительной сети, что снижает пропускную способность кабелей, ведет к нагреву трансформаторов, снижает качество поставляемой электроэнергии, ускоряет износ оборудования, регистрируется интеллектуальными счетчиками и, соответственно повышает счета за оплату (помимо рисков штрафов не невыполнение требований пп. «е» п.14 раздела II Постановления Правительства N 1622 по контролю и поддержанию установленного в ТУ на подключение tgφ (соотношения активной и реактивной, а не активной и полной мощностей - cosφ).

И здесь важно понимать, что даже при cosφ равном 0.97 в действительности tgφ = 0.25 и реактивная мощность будет составлять 24% от полной, потребляемой мощности (см. таблицу ниже).



Таблица. Реальные соответствия коэффициентов мощности cos φ и реактивной мощности tg φ, и реактивная составляющая Q в процентах от полной мощности S.

cosφ	1.0	0.99	0.97	0.95	0.94	0.92	0.9	0.87	0.85	0.8	0.7	0.5	0.316
tgφ	0.0	0.14	0.25	0.33	0.36	0.43	0.484	0.55	0.60	0.75	1.02	1.73	3.016
Q в % от S	0.0	13.9	24	31	33.8	39.5	43.57	48.19	51.45	60	71.4	86.58	94.92



Примечание:

расчет процентного содержания реактивной мощности Q в процентах от полной мощности S проводился исходя из формул:
если tg φ = Q/P, то P = Q/tg φ
и тогда S² = P² + Q² = (Q/tg φ)² + Q² = Q²/tg²φ + Q² = (Q² + Q²*tg²φ)/tg²φ = Q²*(1 + tg²φ)/tg²φ,
а значит Q² = S²*tg²φ/(1 + tg²φ) или Q = S*tg φ/√(1 + tg²φ)




В свою очередь если не нивелировать гармонические искажения в силовой сети, как от источников эмиссии, так и из-за трансмиссии гармоник из распределительной сети, то увеличатся потери в проводках и кабельных линиях, причем из-за скин-эффекта станет нереальной передача информационных сигналов по силовой сети АСУ, повысятся риски перегрева обмоток трансформаторов, электродвигателей, конденсаторов, станут нестабильными напряжение, ток фундаментальной частоты, снизится эффективность работы оборудования, систем и т.д. и т.п.

Компенсация реактивной мощности и нивелирование гармоник в промышленности.





Вне зависимости от целевого направления деятельности промышленного объекта выбор, как места интеграции, так и типа конденсаторных установок коррекции (повышения) коэффициента мощности и/или фильтров гармоник (пассивных, активных (АФГ), гибридных активно-пассивных) должен бескомпромиссно осуществляться на основе всестороннего и скрупулезного анализа энергетического аудита, что позволит определить:

• оптимальный способ компенсации перетока реактивной мощности (индивидуальный, групповой, централизованный, смешанный);
• возможность применения нерегулируемых конденсаторных установок коррекции коэффициента мощности для компенсации фоновой (постоянного, стабильного) потребности в реактивной энергии отдельных сегментов, ветвей силовой сети или объекта в целом;
• необходимость и целесообразность, а также места интеграции автоматических релейных конденсаторных установок коррекции коэффициента мощности типа УКРМ для компенсации монотонно изменяющейся (по времени) потребности в реактивной энергии;
• необходимость и целесообразность, а также места интеграции автоматических конденсаторных установок коррекции коэффициента мощности типа УКРМТ с коммутацией ступеней-батарей полупроводниковыми ключами (тиристорными вентилями) для компенсации быстро/резко изменяющейся (по времени) потребности в реактивной энергии;
• необходимость и целесообразность использования в релейных и тиристорных конденсаторных установках повышения коэффициента мощности реакторов с L-C контурах для нивелирования рисков выхода из строя конденсаторов при набросе токов гармоник больших амплитуд;
• необходимость и целесообразность, а также места интеграции и тип (одно-, многозвенные) пассивных фильтров гармоник, настраиваемых на резонансные частоты гармоник с критическими амплитудами;
• необходимость и целесообразность, а также оптимальные (как можно ближе к нагрузке) места интеграции АФГ (используются в случаях значительной засоренности силовой сети гармониками большого спектра с критическими величинами амплитуд);
• возможность применения сравнительно недорогих гибридных (или многозвенных пассивных) фильтров вместо АФГ и т.д.
Возврат к списку